كيف تعمل المكونات الإلكترونية في الدوائر الإلكترونية؟

المكونات الإلكترونية

حسنا لقد اخذنا لمحة عامة عن الدوائر الإلكترونية في الجزء الاول .سأقدم المزيد من المعلومات حول المكونات الذي تكلمنا عنها , بالنسبة لكل نوع ، سأناقش التكوين ، وكيفية عمل ، ووظيفة وأهمية المكونات الإلكترونية.

المكون 1: مكثف

A. تركيب

تأتي المكثفات بجميع الأشكال والأحجام ، ولكنها عادة ما تحتوي على نفس المكونات الإلكترونية الأساسية. يوجد موصلان أو لوحان كهربائيان مفصولان بواسطة عازل أو عازل مكدس بينهما. تتكون الألواح من مادة موصلة مثل الأغشية الرقيقة من المعدن أو رقائق الألومنيوم. من ناحية أخرى ، فإن العازل الكهربائي عبارة عن مادة غير موصلة مثل الزجاج أو السيراميك أو البلاستيك أو الهواء أو الورق أو الميكا. يمكنك إدخال التوصلين الكهربائيين البارزين من الصفائح لتثبيت المكثف في الدائرة.

B. كيف يعمل؟

عندما تقوم بتطبيق جهد على الصفيحتين أو توصيلهما بمصدر ، يتطور مجال كهربائي عبر العازل ، مما يتسبب في تراكم شحنة موجبة في إحدى اللوحين بينما يتم جمع شحنة سالبة على الأخرى. يستمر المكثف في الاحتفاظ بشحنته حتى إذا قمت بفصله عن المصدر. بمجرد توصيله بالحمل ، ستتدفق الطاقة المخزنة من المكثف إلى الحمل.

السعة هي كمية الطاقة المخزنة في مكثف. كلما زادت السعة ، زادت الطاقة التي يمكن تخزينها. يمكنك زيادة السعة عن طريق تحريك الألواح بالقرب من بعضها البعض أو زيادة حجمها. بدلاً من ذلك ، يمكنك أيضًا تحسين خصائص العزل لزيادة السعة.

C. جيم وظيفة وأهمية

على الرغم من أن المكثفات تشبه البطاريات ، إلا أنها يمكن أن تؤدي أنواعًا مختلفة من الوظائف في دائرة مثل منع التيار المباشر مع السماح للتيار المتردد بالمرور أو سلاسة الإخراج من مصدر الطاقة. كما أنها تستخدم في أنظمة نقل الطاقة الكهربائية لتثبيت الجهد وتدفق الطاقة. يعد تصحيح عامل القدرة من أهم وظائف المكثف في أنظمة التيار المتردد ، والذي بدونه لا يمكنك توفير كمية كافية من عزم بدء التشغيل لمحركات أحادية الطور.

مرشحات تطبيقات مكثف

إذا كنت تستخدم متحكمًا دقيقًا في دائرة لتشغيل برنامج معين ، فأنت لا تريد أن ينخفض ​​جهده لأن ذلك سيعيد ضبط وحدة التحكم. لهذا السبب يستخدم المصممون مكثفًا. يمكنه إمداد المتحكم الدقيق بالطاقة اللازمة لجزء من الثانية لتجنب إعادة التشغيل. بمعنى آخر ، تقوم بتصفية الضوضاء الموجودة على خط الطاقة وتثبيت مصدر الطاقة.

تطبيقات Hold Up Capacitor

على عكس البطارية ، يطلق المكثف شحنته بسرعة. لهذا السبب يتم استخدامه لتوفير الطاقة لدائرة كهربائية لفترة قصيرة. تقوم بطاريات الكاميرا بشحن المكثف المتصل بمسدس الفلاش. عندما تلتقط صورة فلاش ، يقوم المكثف بتحرير شحنته في جزء من الثانية لتوليد وميض من الضوء.

تطبيقات الموقت مكثف

في الدائرة الرنانة أو التي تعتمد على الوقت ، تُستخدم المكثفات مع المقاوم أو المحث كعنصر توقيت. يحدد الوقت اللازم لشحن وتفريغ المكثف عمل الدائرة.

المكون 2: المقاوم

كيفية عمل المكونات الإلكترونية في الدوائر الإلكترونية

A. تركيب

المقاوم ليس جهازًا فاخرًا على الإطلاق لأن المقاومة خاصية طبيعية تمتلكها جميع الموصلات تقريبًا. لذلك ، يتكون المكثف من سلك نحاسي ملفوف حول مادة عازلة مثل قضيب خزفي. عدد المنعطفات ونحافة الأسلاك النحاسية تتناسب طرديًا مع المقاومة. كلما زاد عدد المنعطفات وأرق السلك ، زادت المقاومة.

يمكنك أيضًا العثور على مقاومات مصنوعة من نمط حلزوني من فيلم الكربون. ومن هنا جاء اسم مقاومات فيلم الكربون. وهي مصممة للدوائر منخفضة الطاقة لأن مقاومات غشاء الكربون ليست دقيقة مثل نظيراتها ذات الجرح السلكي. ومع ذلك ، فهي أرخص من المقاومات السلكية. يتم توصيل أطراف الأسلاك بكلا الطرفين. نظرًا لأن المقاومات عمياء عن القطبية في الدائرة ، يمكن للتيار أن يتدفق في أي اتجاه. لذلك ، لا داعي للقلق بشأن إرفاقها في اتجاه أمامي أو خلفي.

B. كيف يعمل؟

قد لا يبدو المقاوم كثيرًا. قد يعتقد المرء أنه لا يفعل أي شيء سوى استهلاك الطاقة. ومع ذلك ، فإنه يؤدي وظيفة حيوية: التحكم في الجهد والتيار في دائرتك. بمعنى آخر ، تمنحك المقاومات التحكم في تصميم دائرتك.

عندما يبدأ التيار الكهربائي في التدفق عبر سلك ، تبدأ جميع الإلكترونات في التحرك في نفس الاتجاه. إنه مثل الماء يتدفق عبر أنبوب. ستتدفق كمية أقل من الماء عبر أنبوب رفيع لأن هناك مساحة أقل لحركته.

وبالمثل ، عندما يمر التيار عبر سلك رفيع في المقاوم ، يصبح من الصعب تدريجياً على الإلكترونات أن تهتز خلاله. باختصار ، ينخفض ​​عدد الإلكترونات التي تتدفق عبر المقاوم مع زيادة طول السلك ونحافته.

C. جيم وظيفة وأهمية

تحتوي المقاومات على الكثير من التطبيقات ، ولكن أكثرها شيوعًا هي إدارة التدفق الحالي ، وتقسيم الجهد ، وشبكات مكثفات المقاومة.

الحد من تدفق التيار

إذا لم تقم بإضافة مقاومات إلى دائرة ، فسوف يتدفق التيار عند مستويات عالية بشكل خطير. يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات الأخرى وربما يؤدي إلى إتلافها. على سبيل المثال ، إذا قمت بتوصيل مصباح LED مباشرة بالبطارية ، فسيظل يعمل. ومع ذلك ، بعد مرور بعض الوقت سوف يسخن مؤشر LED مثل كرة نارية. سوف تحترق في النهاية لأن مصابيح LED أقل تحملاً للحرارة.

ولكن ، إذا أدخلت مقاومًا في الدائرة ، فسيؤدي ذلك إلى تقليل تدفق التيار إلى المستوى الأمثل. وبالتالي ، يمكنك الاحتفاظ بمصباح LED لفترة أطول دون ارتفاع درجة حرارته.

تقسيم الجهد

تستخدم المقاومات أيضًا لتقليل الجهد إلى المستوى المطلوب. في بعض الأحيان ، قد يحتاج جزء معين من الدائرة مثل متحكم دقيق إلى جهد أقل من الدائرة نفسها. هذا هو المكان الذي يأتي فيه المقاوم.

لنفترض أن دائرتك تعمل ببطارية 12 فولت. ومع ذلك ، فإن المتحكم الدقيق يحتاج فقط إلى مصدر إمداد 6 فولت. لذا ، لتقسيم الجهد إلى النصف ، كل ما عليك فعله هو وضع مقاومين متساويين في القيمة على التوالي. سوف يكون السلك الموجود بين المقاومين قد خفض جهد دائرتك إلى النصف حيث يمكن توصيل المتحكم الدقيق. باستخدام المقاومات المناسبة ، يمكنك خفض الجهد داخل الدائرة إلى أي مستوى.

شبكات المقاومة والمكثفات

تُستخدم المقاومات أيضًا مع المكثفات لبناء الدوائر المتكاملة التي تحتوي على صفائف مكثف المقاوم في شريحة واحدة. تُعرف أيضًا باسم مرشحات RC أو شبكات RC. غالبًا ما تستخدم لقمع التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) أو تداخل التردد اللاسلكي (RFI) في أدوات مختلفة ، بما في ذلك منافذ الإدخال / الإخراج لأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وشبكات المنطقة المحلية (LAN) ، وشبكات المنطقة الواسعة (WAN) ، من بين أمور أخرى. كما أنها تستخدم في الأدوات الآلية ، والمفاتيح الكهربائية ، وأجهزة التحكم في المحركات ، والمعدات الآلية ، والأجهزة الصناعية ، والمصاعد ، والسلالم المتحركة.

المكون 3: الصمام الثنائي

المكونات الإلكترونية

A. تركيب

كما ذكرنا سابقًا ، هناك نوعان من الثنائيات: الثنائيات الفراغية (vacuum diodes) وثنائيات أشباه الموصلات(semiconductor diodes). يتكون الصمام الثنائي الفراغي من قطبين (كاثود وأنود) يوضعان داخل أنبوب زجاجي مفرغ مغلق. يشتمل الصمام الثنائي أشباه الموصلات على أشباه موصلات من النوع p و n. لذلك ، يُعرف باسم الصمام الثنائي pn junction. عادة ما تكون مصنوعة من السيليكون ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام الجرمانيوم أو السيلينيوم.

B. كيف يعمل؟

الصمام الثنائي الفراغي (Vacuum Diode)

عندما يتم تسخين الكاثود بواسطة خيط ، تتشكل سحابة غير مرئية من الإلكترونات ، تسمى شحنة الفضاء ، في الفراغ. على الرغم من أن الإلكترونات تنبعث من الكاثود ، إلا أن شحنة الفضاء السالبة تنفرها. نظرًا لأن الإلكترونات لا يمكنها الوصول إلى القطب الموجب ، فلا يتدفق أي تيار عبر الدائرة. ومع ذلك ، عندما يكون القطب الموجب موجبًا ، تختفي شحنة الفضاء. نتيجة لذلك ، يبدأ التيار بالتدفق من الكاثود إلى الأنود. وبالتالي ، يتدفق التيار الكهربائي داخل الصمام الثنائي فقط من الكاثود إلى الأنود وليس من الأنود إلى الكاثود.

صمام تقاطع P-N (PN Juction Diode)

يشتمل الصمام الثنائي للوصل p-n على أشباه موصلات من النوع p و n من السيليكون. عادة ما يتم تخدير أشباه الموصلات من النوع p بالبورون ، مما يترك ثقوبًا (شحنة موجبة) فيه. من ناحية أخرى ، فإن أشباه الموصلات من النوع n مخدر بالأنتيمون ، مضيفًا بضعة إلكترونات إضافية (شحنة سالبة) فيها. لذلك ، يمكن للتيار الكهربائي أن يتدفق عبر كل من أشباه الموصلات.

عندما تضع كتلًا من النوع p و n معًا ، فإن الإلكترونات الإضافية من النوع n تتحد مع الثقوب الموجودة في النوع p ، مما يخلق منطقة استنفاد بدون أي إلكترونات أو ثقوب حرة. باختصار ، لم يعد بإمكان التيار المرور عبر الصمام الثنائي.

عند توصيل الطرف السالب للبطارية بالسيليكون من النوع n والطرف الموجب بالنوع p (الانحياز الأمامي) ، يبدأ التيار في التدفق حيث يمكن للإلكترونات والثقوب أن تتحرك الآن عبر التقاطع. ومع ذلك ، إذا قمت بعكس المحطات الطرفية (انحياز عكسي) ، فلن يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي لأن الثقوب والإلكترونات يتم دفعها بعيدًا عن بعضها البعض ، مما يؤدي إلى توسيع منطقة النضوب. لذلك ، تمامًا مثل الصمام الثنائي الفراغي ، يمكن أن يسمح الصمام الثنائي الوصل أيضًا بالمرور في اتجاه واحد فقط.

C. جيم وظيفة وأهمية

على الرغم من أن الثنائيات هي واحدة من أبسط المكونات في الدائرة الإلكترونية ، إلا أن لها تطبيقات فريدة عبر الصناعات.

AC إلى DC التحويل

التطبيق الأكثر شيوعًا والأكثر أهمية للديود هو تصحيح طاقة التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر. عادةً ما يتم استخدام مقوم نصف موجة (صمام ثنائي واحد) أو مقوم موجة كاملة (أربعة صمامات ثنائية) لتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر ، لا سيما في إمدادات الطاقة المنزلية. عندما تمرر مصدر طاقة التيار المتردد من خلال الصمام الثنائي ، يمر نصف شكل موجة التيار المتردد عبره. نظرًا لاستخدام نبضة الجهد هذه لشحن المكثف ، فإنها تنتج تيارات تيار مستمر ثابتة ومستمرة دون أي تموجات. تُستخدم أيضًا مجموعات مختلفة من الثنائيات والمكثفات لبناء أنواع مختلفة من مضاعفات الجهد لمضاعفة جهد تيار متردد صغير في مخرجات تيار مستمر عالية.

الثنائيات الالتفافية

غالبًا ما تستخدم الثنائيات الالتفافية لحماية الألواح الشمسية. عندما يمر التيار من بقية الخلايا عبر خلية شمسية تالفة أو مغبرة ، فإنه يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة. نتيجة لذلك ، تنخفض طاقة الخرج الإجمالية ، مما يؤدي إلى إنشاء نقاط ساخنة. ترتبط الثنائيات بالتوازي مع الخلايا الشمسية لحمايتها من هذه المشكلة المحمومة. يحد هذا الترتيب البسيط من الجهد عبر الخلية الشمسية السيئة بينما يسمح للتيار بالمرور عبر الخلايا غير التالفة إلى الدائرة الخارجية.

حماية سبايك الجهد

عندما ينقطع مصدر الطاقة فجأة ، فإنه ينتج جهدًا عاليًا في معظم الأحمال الاستقرائية. يمكن أن يؤدي ارتفاع الجهد غير المتوقع إلى إتلاف الأحمال. ومع ذلك ، يمكنك حماية المعدات باهظة الثمن عن طريق توصيل الصمام الثنائي عبر الأحمال الاستقرائية. اعتمادًا على نوع الأمان ، تُعرف هذه الثنائيات بالعديد من الأسماء بما في ذلك الصمام الثنائي snubber ، الصمام الثنائي flyback ، الصمام الثنائي الكبت ، والصمام الثنائي الطليق ، من بين أمور أخرى.

استخلاص الإشارة

يتم استخدامها أيضًا في عملية تعديل الإشارة لأن الثنائيات يمكنها إزالة العنصر السالب لإشارة التيار المتردد بكفاءة. يقوم الصمام الثنائي بتصحيح الموجة الحاملة ، وتحويلها إلى تيار مستمر. يتم استرداد الإشارة الصوتية من الموجة الحاملة ، وهي عملية تسمى تعديل التردد الصوتي. يمكنك سماع الصوت بعد بعض التصفية والتضخيم. وبالتالي ، توجد الثنائيات بشكل شائع في أجهزة الراديو لاستخراج الإشارة من الموجة الحاملة.

عكس الحماية الحالية

يمكن أن يؤدي عكس قطبية مصدر التيار المستمر أو توصيل البطارية بشكل غير صحيح إلى تدفق تيار كبير عبر الدائرة. يمكن أن يؤدي مثل هذا الاتصال العكسي إلى إتلاف الحمل المتصل. هذا هو سبب توصيل الصمام الثنائي الواقي في سلسلة مع الجانب الإيجابي من طرف البطارية. يصبح الصمام الثنائي متحيزًا للأمام في حالة القطبية الصحيحة ويتدفق التيار عبر الدائرة. ومع ذلك ، في حالة وجود اتصال خاطئ ، يصبح منحازًا عكسيًا ، مما يؤدي إلى حظر التيار. وبالتالي ، يمكنه حماية أجهزتك من التلف المحتمل.

المكون 4: الترانزستور

A. تركيب

في البداية ، تم استخدام الجرمانيوم لبناء ترانزستورات شديدة الحساسية لدرجة الحرارة. اليوم ، ومع ذلك ، فهي مصنوعة من السيليكون ، وهي مادة شبه موصلة توجد في الرمال لأن ترانزستورات السيليكون أكثر تحملاً لدرجات الحرارة وأرخص في التصنيع. هناك نوعان مختلفان من الترانزستورات ثنائية القطب (BJT) ، NPN و PNP. يحتوي كل ترانزستور على ثلاثة دبابيس تسمى القاعدة (B:Base) والمجمع (C:Collector) والباعث (E:Emitter). تشير NPN و PNP إلى طبقات مادة أشباه الموصلات المستخدمة في صنع الترانزستور.

B. كيف يعمل؟

عندما تضع لوحًا من السيليكون من النوع p بين قضيبين من النوع n ، تحصل على ترانزستور NPN. يتم توصيل الباعث بواحد من النوع n ، بينما يتم توصيل المجمع بالآخر. القاعدة متصلة بالنوع p. تعمل الثقوب الفائضة في السيليكون من النوع p كحواجز تمنع تدفق التيار. ومع ذلك ، إذا قمت بتطبيق جهد موجب على القاعدة والمجمع وشحن الباعث سلبًا ، تبدأ الإلكترونات في التدفق من الباعث إلى المجمع.

يبقى ترتيب وعدد الكتل من النوع p و n معكوسًا في ترانزستور PNP. في هذا النوع من الترانزستور ، يتم وضع نوع n واحد بين كتلتين من النوع p. نظرًا لاختلاف توزيع الجهد ، يعمل ترانزستور PNP بشكل مختلف. يتطلب ترانزستور NPN جهدًا موجبًا للقاعدة ، بينما يتطلب PNP جهدًا سالبًا. باختصار ، يجب أن يتدفق التيار بعيدًا عن القاعدة لتشغيل ترانزستور PNP.

C. جيم وظيفة وأهمية

تعمل الترانزستورات كمفاتيح ومضخمات في معظم الدوائر الإلكترونية. غالبًا ما يستخدم المصممون الترانزستور كمفتاح لأنه على عكس المفتاح البسيط ، يمكنه تحويل تيار صغير إلى تيار أكبر بكثير. على الرغم من أنه يمكنك استخدام مفتاح بسيط في دائرة عادية ، فقد تحتاج الدائرة المتقدمة إلى كميات متفاوتة من التيارات في مراحل مختلفة.

الترانزستورات في السمع

من أشهر تطبيقات الترانزستورات المعينات السمعية. عادةً ما يلتقط ميكروفون صغير في المعينة السمعية الموجات الصوتية ويحولها إلى نبضات أو تيارات كهربائية متذبذبة. عندما تمر هذه التيارات عبر الترانزستور ، يتم تضخيمها. ثم تمر النبضات المكبرة عبر مكبر الصوت ، وتحولها إلى موجات صوتية مرة أخرى. وبالتالي ، يمكنك سماع إصدار أعلى بكثير من الضوضاء المحيطة.

الترانزستورات في أجهزة الكمبيوتر والآلات الحاسبة

نعلم جميعًا أن أجهزة الكمبيوتر تخزن المعلومات وتعالجها باستخدام اللغة الثنائية “صفر” و “واحد”. ومع ذلك ، فإن معظم الناس لا يعرفون أن الترانزستورات تلعب دورًا مهمًا في صنع شيء يسمى البوابات المنطقية ، والتي تعد بمثابة العمود الفقري لبرامج الكمبيوتر. غالبًا ما يتم توصيل الترانزستورات بالبوابات المنطقية لبناء قطعة فريدة من ترتيب يسمى flip-flop. في هذا النظام ، يظل الترانزستور “قيد التشغيل” حتى إذا قمت بإزالة تيار القاعدة. يتم تشغيله أو إيقاف تشغيله الآن عندما يمر تيار جديد من خلاله. وبالتالي ، يمكن أن يخزن الترانزستور صفرًا عندما يكون مغلقًا أو واحدًا عندما يكون قيد التشغيل ، وهو مبدأ عمل أجهزة الكمبيوتر.

دارلينجتون الترانزستورات

يتكون ترانزستور دارلينجتون من ترانزستورات تقاطع قطبي PNP أو NPN موضوعة معًا. سميت على اسم مخترعها سيدني دارلينجتون. الغرض الوحيد من ترانزستور دارلينجتون هو تقديم مكاسب عالية للتيار من تيار أساسي منخفض. يمكنك العثور على هذه الترانزستورات في الأدوات التي تتطلب كسبًا عاليًا للتيار بتردد منخفض مثل منظمات الطاقة ومحركات العرض وأجهزة التحكم في المحرك وأجهزة استشعار الضوء واللمس وأنظمة الإنذار ومكبرات الصوت.

ترانزستورات IGBT و MOSFET

غالبًا ما تستخدم الترانزستورات المعزولة ذات البوابة ثنائية القطب (IGBT) كمكبرات صوت ومفاتيح في أدوات مختلفة بما في ذلك السيارات الكهربائية والقطارات والثلاجات ومكيفات الهواء وحتى أنظمة الاستريو. من ناحية أخرى ، تُستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني لأكسيد أشباه الموصلات (MOSFET) بشكل شائع في الدوائر المتكاملة للتحكم في مستويات طاقة الجهاز أو لتخزين البيانات.

المكون 5: محث

A. تركيب

ربما يكون أبسط مكون ، يتألف فقط من ملف من الأسلاك النحاسية. الحث يتناسب طرديا مع عدد الدورات في الملف. ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، يتم لف الملف حول مادة مغناطيسية مثل الحديد والحديد الرقائقي والحديد المسحوق لزيادة الحث. يمكن أن يؤدي شكل هذا القلب أيضًا إلى زيادة المحاثة. توفر النوى الحلقية (على شكل دونات) محاثة أفضل مقارنة بنوى الملف اللولبي (على شكل قضيب) لنفس العدد من المنعطفات. لسوء الحظ ، من الصعب ضم المحاثات في دائرة متكاملة ، لذلك يتم استبدالها عادةً بمقاومات.

B. كيف يعمل؟

عندما يمر التيار عبر سلك ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا. ومع ذلك ، فإن الشكل الفريد للمحث يؤدي إلى إنشاء مجال مغناطيسي أقوى بكثير. هذا المجال المغناطيسي القوي ، بدوره ، يقاوم التيار المتردد ، لكنه يسمح بتدفق التيار المباشر خلاله. هذا المجال المغناطيسي يخزن الطاقة أيضًا.

خذ دائرة بسيطة تتكون من بطارية ومفتاح ومصباح. سوف يتوهج المصباح بشكل ساطع بمجرد تشغيل المفتاح. إضافة مغو لهذه الدائرة. بمجرد تشغيل المفتاح ، يتغير المصباح من مشرق إلى خافت. من ناحية أخرى ، عند إيقاف تشغيل المفتاح ، يصبح ساطعًا جدًا ، فقط لجزء من الثانية قبل إيقاف التشغيل تمامًا.

أثناء تشغيل المفتاح ، يبدأ المحرِّض في استخدام الكهرباء لإنشاء مجال مغناطيسي ، مما يعيق تدفق التيار مؤقتًا. لكن تيار التيار المستمر فقط يمر عبر المحرِّض بمجرد اكتمال المجال المغناطيسي. هذا هو السبب في أن المصباح يتغير من مشرق إلى خافت. طوال هذا الوقت ، يخزن المحرِّض بعض الطاقة الكهربائية في شكل مجال مغناطيسي. لذلك ، عند إيقاف تشغيل المفتاح ، يحافظ المجال المغناطيسي على ثبات التيار في الملف. وبالتالي ، فإن المصباح يحترق بشكل ساطع لفترة من الوقت قبل أن ينطفئ.

C. جيم وظيفة وأهمية

على الرغم من أن المحرِّضات مفيدة ، إلا أنه من الصعب دمجها في الدوائر الإلكترونية نظرًا لحجمها. نظرًا لأنها أضخم مقارنة بالمكونات الأخرى ، فإنها تضيف الكثير من الوزن وتحتل مساحة كبيرة. ومن ثم يتم استبدالها عادة بمقاومات في دوائر متكاملة (ICs). لا يزال ، المحاثات لديها مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية.

المرشحات في الدوائر المضبوطة

أحد أكثر تطبيقات المحرِّضات شيوعًا هو اختيار التردد المطلوب في الدوائر المضبوطة. يتم استخدامها على نطاق واسع مع المكثفات والمقاومات ، إما على التوازي أو على التوالي ، لإنشاء المرشحات. تزداد مقاومة المحرِّض مع زيادة تواتر الإشارة. وبالتالي ، يمكن للمحث المستقل أن يعمل فقط كمرشح تمرير منخفض. ومع ذلك ، عند دمجه مع مكثف ، يمكنك إنشاء مرشح مسنن لأن مقاومة المكثف تتناقص مع زيادة وتيرة الإشارة. لذلك ، يمكنك استخدام مجموعات مختلفة من المكثفات والمحثات والمقاومات لإنشاء أنواع مختلفة من المرشحات. توجد في معظم الأجهزة الإلكترونية بما في ذلك أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الراديو.

المحاثات مثل الإختناقات

إذا كان تيار بديل يتدفق عبر محث ، فإنه يخلق تدفق تيار معاكس. وبالتالي ، يمكنه تحويل مصدر التيار المتردد إلى تيار مستمر. بمعنى آخر ، إنه يخنق مصدر التيار المتردد ولكنه يسمح للتيار المستمر بالمرور من خلاله ، ومن هنا جاء اسم “الخنق”. وعادة ما توجد في دوائر إمداد الطاقة التي تحتاج إلى تحويل مصدر التيار المتردد إلى مصدر تيار مستمر.

حبات الفريت

يتم استخدام حبة الفريت أو خنق الفريت لقمع الضوضاء عالية التردد في الدوائر الإلكترونية. تتضمن بعض الاستخدامات الشائعة لخرز الفريت كبلات الكمبيوتر وكابلات التلفزيون وكابلات شحن الهاتف المحمول. يمكن أن تعمل هذه الكابلات ، في بعض الأحيان ، كهوائيات ، متداخلة مع إخراج الصوت والفيديو للتلفزيون والكمبيوتر. لذلك ، يتم استخدام المحاثات في خرز الفريت لتقليل تداخل التردد اللاسلكي.

المحاثات في مجسات القرب

تعمل معظم مستشعرات القرب على مبدأ الحث. يتكون مستشعر القرب الحثي من أربعة أجزاء بما في ذلك مغو أو ملف ومذبذب ودائرة كشف ودائرة خرج. يولد المذبذب مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا. عندما يقترب جسم ما من هذا المجال المغناطيسي ، تبدأ التيارات الدوامة في التراكم ، مما يقلل من المجال المغناطيسي للمستشعر.

تحدد دائرة الكشف قوة المستشعر ، بينما تقوم دائرة الخرج بتشغيل الاستجابة المناسبة. أجهزة استشعار القرب الاستقرائي ، والتي تسمى أيضًا أجهزة الاستشعار غير التلامسية ، تحظى بالاعتزاز لموثوقيتها. يتم استخدامها عند إشارات المرور للكشف عن كثافة حركة المرور وأيضًا كأجهزة استشعار لوقوف السيارات في السيارات والشاحنات.

المحركات التعريفي

ربما يكون المحرك التعريفي هو المثال الأكثر شيوعًا لتطبيق المحرِّضات. عادة ، في المحرك التعريفي ، يتم وضع المحاثات في وضع ثابت. بمعنى آخر ، لا يُسمح لهم بالمحاذاة مع المجال المغناطيسي القريب. يتم استخدام مصدر طاقة تيار متردد لإنشاء مجال مغناطيسي دوار يقوم بعد ذلك بتدوير العمود. يتحكم مدخلات الطاقة في سرعة الدوران. وبالتالي ، غالبًا ما تستخدم محركات الحث في تطبيقات السرعة الثابتة. تعتبر المحركات الحثية موثوقة وقوية للغاية لأنه لا يوجد اتصال مباشر بين المحرك والدوار.

محولات

كما ذكرنا سابقًا ، أدى اكتشاف المحاثات إلى اختراع المحولات ، وهي أحد المكونات الأساسية لأنظمة نقل الطاقة. يمكنك إنشاء محول من خلال الجمع بين المحاثات في مجال مغناطيسي مشترك. تُستخدم عادةً لزيادة أو تقليل الفولتية لخطوط الطاقة إلى المستوى المطلوب.

تخزين الطاقة

تمامًا مثل المكثف ، يمكن للمحث أيضًا تخزين الطاقة. ومع ذلك ، على عكس المكثف ، يمكنه تخزين الطاقة لفترة محدودة. عندما يتم تخزين الطاقة في مجال مغناطيسي ، فإنها تنهار بمجرد إزالة مصدر الطاقة. ومع ذلك ، تعمل المحرِّضات كجهاز تخزين طاقة موثوق به في مصدر طاقة وضع التبديل مثل أجهزة الكمبيوتر المكتبية.

المكون 6: المرحل

المكونات الإلكترونية

A. تركيب

يتكون المرحل الكهروميكانيكي (EMR) من إطار وملف وحديد ونابض وملامسات. يدعم الإطار أجزاء مختلفة من المرحل. المحرك هو الجزء المتحرك من مفتاح الترحيل. ملف (معظمه من الأسلاك النحاسية) ، ملفوف حول قضيب معدني يولد مجالًا مغناطيسيًا يحرك المحرك. جهات الاتصال هي الأجزاء الموصلة التي تفتح وتغلق الدائرة.

يتكون مرحل الحالة الصلبة (SSR) من دائرة إدخال ودائرة تحكم ودائرة إخراج. دارة الإدخال هي ما يعادل ملف في مرحل كهروميكانيكي. تعمل دائرة التحكم كجهاز اقتران بين دوائر الإدخال والإخراج ، بينما تؤدي دائرة الإخراج نفس وظيفة جهات الاتصال في EMR. أصبحت مرحلات الحالة الصلبة أكثر شيوعًا لأنها أرخص وأسرع وموثوق بها مقارنة بالمرحلات الكهروميكانيكية.

B. كيف يعمل؟

سواء كنت تستخدم مرحلًا كهروميكانيكيًا أو مرحلًا صلبًا ، فهو إما مرحل مغلق عادة (NC) أو مرحل مفتوح عادة (NO). في حالة مرحل NC ، تظل جهات الاتصال مغلقة في حالة عدم وجود مصدر طاقة. ومع ذلك ، في مرحل NO ، تظل جهات الاتصال مفتوحة في حالة عدم وجود مصدر طاقة. باختصار ، كلما تدفق التيار عبر مرحل ، ستفتح جهات الاتصال أو تغلق.

في EMR ، ينشط مزود الطاقة ملف الترحيل ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا. يجذب الملف المغناطيسي صفيحة حديدية مركبة على المحرك. عندما يتوقف التيار ، يتم تحرير المحرك في وضع الراحة عن طريق حركة الربيع. يمكن أن يحتوي EMR أيضًا على جهات اتصال فردية أو متعددة داخل حزمة واحدة. إذا كانت الدائرة تستخدم جهة اتصال واحدة فقط ، فإنها تسمى دائرة فاصل واحد (SB). من ناحية أخرى ، تأتي دائرة الفاصل المزدوج (DB) مع ملامسات السحب. عادة ، يتم استخدام مرحلات الفاصل الفردي للتحكم في الأجهزة منخفضة الطاقة مثل مصابيح المؤشر ، بينما تُستخدم جهات الاتصال المزدوجة لتنظيم الأجهزة عالية الطاقة مثل الملفات اللولبية.

عندما يتعلق الأمر بتشغيل SSR ، فأنت بحاجة إلى تطبيق جهد أعلى من جهد الالتقاط المحدد للترحيل لتنشيط دائرة الإدخال. يجب عليك تطبيق جهد أقل من الحد الأدنى لجهد التسرب المحدد للترحيل لإلغاء تنشيط دائرة الإدخال. تقوم دائرة التحكم بنقل الإشارة من دائرة الإدخال إلى دائرة الإخراج. تقوم دائرة الإخراج بتبديل الحمل أو تنفيذ الإجراء المطلوب.

C. جيم وظيفة وأهمية

نظرًا لأنها يمكن أن تتحكم في دائرة تيار عالٍ عن طريق إشارة تيار منخفض ، فإن معظم عمليات التحكم تستخدم المرحلات كأجهزة الحماية والتبديل الأولية. يمكنهم أيضًا اكتشاف الأعطال والمخالفات التي تحدث في أنظمة توزيع الطاقة. تشمل التطبيقات النموذجية الاتصالات السلكية واللاسلكية والسيارات وأنظمة التحكم في حركة المرور والأجهزة المنزلية وأجهزة الكمبيوتر وغيرها.

المرحلات الواقية

تُستخدم المرحلات الواقية لرحلة أو عزل دائرة إذا تم اكتشاف أي مخالفات. في بعض الأحيان ، يمكنهم أيضًا إطلاق الإنذارات عند اكتشاف خطأ. تعتمد أنواع مرحلات الحماية على وظيفتها. على سبيل المثال ، تم تصميم مرحل التيار الزائد لتحديد التيار الذي يتجاوز قيمة محددة مسبقًا. عند اكتشاف مثل هذا التيار ، يعمل المرحل على فصل قاطع الدائرة لحماية الجهاز من التلف المحتمل.

من ناحية أخرى ، يمكن لمرحل المسافة أو مرحل الممانعة اكتشاف التشوهات في نسبة التيار والجهد بدلاً من مراقبة حجمها بشكل مستقل. إنه يندفع إلى العمل عندما تنخفض نسبة V / I إلى أقل من قيمة محددة مسبقًا. عادة ، يتم استخدام المرحلات الواقية لحماية المعدات مثل المحركات والمولدات والمحولات وما إلى ذلك.

مرحل إعادة الإغلاق التلقائي

تم تصميم مرحل إعادة الإغلاق التلقائي للتسبب في عمليات إعادة إغلاق متعددة لقاطع الدائرة الكهربائية الذي تم تعطله بالفعل بواسطة مرحل وقائي. على سبيل المثال ، عندما يكون هناك انخفاض مفاجئ في الجهد ، فقد تتعرض الدائرة الكهربائية في منزلك لعدة انقطاعات قصيرة في التيار الكهربائي. تحدث حالات الانقطاع هذه لأن مرحل إعادة الإغلاق يحاول تشغيل مرحل الحماية تلقائيًا. إذا نجحت ، فستتم استعادة مصدر الطاقة. إذا لم يكن كذلك ، فسيكون هناك تعتيم كامل.

المرحلات الحرارية

التأثير الحراري للطاقة الكهربائية هو مبدأ عمل المرحل الحراري. باختصار ، يمكنه اكتشاف ارتفاع درجة الحرارة المحيطة وتشغيل أو إيقاف تشغيل الدائرة وفقًا لذلك. يتكون من شريط ثنائي المعدن يسخن إذا مر من خلاله تيار زائد. ينحني الشريط المسخن ويغلق نقطة عدم الاتصال ، مما يؤدي إلى فصل قاطع الدائرة. التطبيق الأكثر شيوعًا للترحيل الحراري هو الحماية من الحمل الزائد للمحرك الكهربائي.

المكون 7. كريستال كوارتز

كريستال كوارتز

A. تركيب

كما ذكرنا سابقًا ، يتم تصنيع بلورات الكوارتز صناعياً أو تحدث بشكل طبيعي. غالبًا ما تستخدم في صنع مذبذبات بلورية لإنشاء إشارة كهربائية بتردد دقيق. عادةً ما يكون شكل بلورات الكوارتز سداسيًا مع وجود أهرامات في نهاياتها. ومع ذلك ، لأغراض عملية ، يتم تقطيعها إلى ألواح مستطيلة. تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا لتنسيقات القطع X cut و Y cut و AT cut. يتم وضع هذا اللوح بين لوحين معدنيين يطلق عليهما صفائح التثبيت. يمكن أن يكون الشكل الخارجي لبلورة الكوارتز أو المذبذب البلوري أسطوانيًا أو مستطيلًا أو مربعًا.

B. كيف يعمل؟

إذا قمت بتطبيق جهد متناوب على بلورة ، فإنه يسبب اهتزازات ميكانيكية. يحدد حجم بلورة الكوارتز وحجمها تردد الرنين لهذه الاهتزازات أو التذبذبات. وبالتالي ، فإنه يولد إشارة ثابتة. مذبذبات الكوارتز رخيصة وسهلة التصنيع صناعيا. وهي متوفرة في النطاق من بضعة كيلوهرتز إلى بضعة ميغاهيرتز. نظرًا لأن لها عامل جودة أعلى أو عامل Q ، فإن المذبذبات البلورية مستقرة بشكل ملحوظ فيما يتعلق بالوقت ودرجة الحرارة.

C. جيم وظيفة وأهمية

يمكّنك عامل Q العالي بشكل استثنائي من استخدام بلورات الكوارتز وعنصر الرنين في المذبذبات وكذلك المرشحات في الدوائر الإلكترونية. يمكنك العثور على هذا المكون الموثوق به للغاية في تطبيقات التردد اللاسلكي ، مثل دوائر ساعة المذبذب في لوحات المعالجات الدقيقة ، وكعنصر توقيت في الساعات الرقمية أيضًا.

ساعات الكوارتز

تكمن مشكلة ساعات الزنبرك الحلزونية التقليدية في أنه يتعين عليك الاستمرار في لف الملف بشكل دوري. من ناحية أخرى ، تعتمد ساعات البندول على قوة الجاذبية. وبالتالي ، فإنهم يخبرون الوقت بشكل مختلف عند مستويات سطح البحر والارتفاعات المختلفة بسبب التغيرات في قوة الجاذبية. ومع ذلك ، لا يتأثر أداء ساعات الكوارتز بأي من هذه العوامل. ساعات الكوارتز تعمل بالبطارية. عادةً ما تنظم بلورة صغيرة من الكوارتز التروس التي تتحكم في عقارب الثانية والدقيقة والساعة. نظرًا لأن ساعات الكوارتز تستخدم القليل جدًا من الطاقة ، يمكن للبطارية أن تدوم لفترة أطول في كثير من الأحيان.

المرشحات

يمكنك أيضًا استخدام بلورات الكوارتز في الدائرة الإلكترونية كمرشحات. غالبًا ما تستخدم لتصفية الإشارات غير المرغوب فيها في أجهزة الراديو وأجهزة التحكم الدقيقة. تتكون معظم المرشحات الأساسية من بلورة كوارتز واحدة. ومع ذلك ، قد تشتمل المرشحات المتقدمة على أكثر من بلورة واحدة لمطابقة متطلبات الأداء. هذه المرشحات البلورية الكوارتز أعلى بكثير من تلك المصنعة باستخدام مكونات LC.

المصدر

منشور ذات صلة
برنامج COMSOL 9 Minutes

برنامج Comsol وتطبيقاته

عاطفة عكرش

COMSOL Multiphysics هو برنامج محاكاة عام لتصميم النماذج و الأجهزة و العمليات في جميع مجالات الهندسة و التصنيع و البحث العلمي. يستخدم منشئ Multisphysics العناصر المحدودة و المحاكاة الفيزيائية المتعددة لحل المشكلات.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

السلة