عناصر الدوائر الالكترونية


#1

عناصر الدوائر الالكترونية، الدوائر الإلكترونية هي مجموعة من المكونات الإلكترونية Electronic Components التي توصل معا، وتسمح للتيار الكهربائي من المرور خلالها. يمكن التحكم في كل شئ من خلال الدوائر الإلكترونية او الكهربائية. والتي تعتبر المكون الرئيسي لاي جهاز او اختراع او تصميم الكتروني ويوجد الكثير من أنواع الدارات الإلكترونية ومنها الدوائر الإلكترونية البسيطة والدوائر الإلكترونية المعقدة. في هذا المقال سنوضح اهم عناصر الدوائر الالكترونية.

يوجد عناصر إلكترونية أساسية مشتركة في كل الدوائر الإلكترونية مثل المقاومات Resistors بإختلاف أشكالها وقيمها، المكثفات Compensators، الترانزستور Transistors، ومنظمات الجهد Regulators وغيرها من المكونات سنوضحها في هذا المقال.

عناصر الدوائر الالكترونية

1- لوحة Board

في البداية لعمل دائرة الكترونية او كهربائية نحتاج الي بورده او لوحة ” Board “، تستخدم تلك اللوحة في وضع العناصر او المكونات عليها. فاذا لاحظنا ان في جهاز الكمبيوتر اللوحة الأم Motherboard تتجمع عليها مجموعة من المكونات الالكترونية والكهربائية الكثيرة لتؤدي وظيفتها، وهذا النوع من اللوحات يسمي اللوحات المطبوعة “printed circuit board PCB” حيث يتم طبع المسارات التي ستربط العناصر الإلكترونية عليها وهي صناعة قائمة بحد ذاتها.

يوجد ما يسمي بلوحة التجارب ويطلق عليها breadboard أو protoboard أو test board تستخدم في بناء نماذج للدوائر الإلكترونية. وتستخدنم في اختبار الدوائر الإلكترونية قبل عملية اللحام.

2- المقاومات Resistors

تعريف المقاومة الكهربائية

المقاومة هي خاصية فيزيائية تعمل علي اعاقة مرور الشحنات الكهربائية من خلالها. وتحدث المقاومة عندما تصطدم الإلكترونات المتحركة في المادة بالذرات. ينتج نتيجة لذلك طاقة علي شكل حرارة ( نتيجة لتغير الطاقة الكهربائية الي طاقة حرارية ).

الموصلات الجيدة تعتبر ضعيفة المقاومة مثل النحاس مقارنة بأشباه الموصلات مثل السيليكون. أما المواد العازلة مثل الزجاج والخشب فلها مقاومة عالية جدا يصعب مرور الشحنات الكهربائية من خلالها. بينما المواد ذات التوصلية العالية لا تشكل أي مقاومة لمرور الشحنات الكهربائية من خلالها.

وحدة قياس المقاومة الكهربائية

تقاس المقاومة الكهربائية بالأوم ويرمز له بالرمز Ω ويقرأ اوميغا OMEGA

تعريف وحدة الأوم

هو المقاومة الناشئة في دائرة كهربائية عندما يحدث فرق جهد مقداره فولت واحد 1Volt وتيار شدته أمبير واحد 1Ampere وقد أطلق اسم الوم علي هذه الوحدة تكريما للفييزيائي جورج أوم Gourge Ohm

قانون المقاومة الكهربائية

المقاومة = فرق الجهد / التيار الكهربي
R = U / I

Ohm = Volt / Ampere
الأوم = الفولت / الأمبير

أهمية المقاومة الكهربائية

كما ذكرنا أن المقاومة الكهربية تعمل علي اعاقة سريان الشحنات الكهربائية وتسبب هدر جزء من الطاقة إلا أن وجود المقاومة ضروري في الدوائر الكهربائية وذلك لحماية بعض اجزاء الدوائر الكهربائية.

من أهمية المقاومة أيضا أنها تتحكم في شدة التيار المار وتتحكم في فرق الجهد بين طرفيها.

أنواع المقاومات الكهربائية

تختلف المقاومات علي حسب كيفية صنعها والمواد المركبة منها وأنواعها كالتالي:-

  • المقاومات الكربونية Carbon Film Resistors

هي المقاومات الثابتة وتستخدم في الدائرة لذلك الغرض وتحدد قيمتها من خلال تصميم شكلها الألوان الظاهرة عليها أو عن طريق استخدام المالتيميتر Multimeter.

  • المقاومات المعدنية Metal Film Resistors

لديها طبقة معدنية رقيقة كعنصر مقاوم على الجسم. وهي من الأنواع الأكثر شيوعا من المقاومات المحورية. يستخدم فيلم معدني للحد من تدفق التيار الكهربائي إلى مستوى معين.

  • المقاومات ذات الرقائق المعدنية FOIL RESISTORS

هي مقاومة تأخذ مواصفات المقاومة المعدنية لكنها تمتاز بأن قيمتها أكثر استقراراً واقل تأثيراً بالحرارة أو بما يطلق عليه temperature coefficients of resistance TCRs.

  • المقاومات الفيوز Fuse Resistors

تختلف اشكال المقاومة الفيوزية ولكنها بدون ألوان مثل المقاومة التقليدية وأحيانا بدون بيانات ومخصصة للتيارات المنخفضة.

مميزات المقاومات الفيوز

  1. قليلة التأثر بدرجة الحرارة
  2. عالية الدقة
  3. مستقرة القيمة وذات ضوضاء منخفض
  4. إمكانية التعامل مع الترددات العالية
  5. تتلف دون أن تحترق
  6. نسبة الخطأ بها تكون ± 5%
  • المقاومات الملفوفة Power Wire Wound Resistors

وتكون المادة الناقلة فيها سلك يكون ملفوف على جسم المقاومة عدد معين من اللفات حسب قيمة المقاومة ويحب أن يكون هناك مسافة بين كل لفة والآخري، ويكون لها قيم أومية صغيرة نوعا ما.

  • المقاومات المتغيرة Potentiometer Variable Resistors

تعرف المقاومات المتغيرة باسم الريوستات Rheostat، هذه المقاومة لها مدي فان لها قيمة صغري وقيمة عظمي ويوجد لها ثلاث أطراف طرفين توصيل وبالنصف طرف لضبطها للوصول للقيمة اللازمة.

  • مقاومة ضبط متغيرة Preset Resistors

وهي مقاومة داخل الدائرة الالكترونية لضبط المصنع ولا يفترض العبث بها الا للمتخصصين ومن يملك الأدوات لأعادة معايرة الجهاز>

يمكن فحص قيمة المقاومة المتغيرة باختبار القيمة بين الطرف 1 و 3
و لاختبار عملها … يتم الفحص بين احد الأطراف و الطرف الأوسط … بحيث عند تغير ضبط المقاومة تتغير القيمة.

  • المقاومات الضوئية Light Dependent Resistors

مقاومة تعتمد قيمتها على مقدار الضوء المسلط عليها. وتتغير قيمتها علي حسب كمية الضوء الساقط عليها. تحتوى على سطح حساس للضوء يعتمد مقدار توصيله على شدة الضوء عليها. يطلق على هذه المقاومة بالمقاومة الضوئية photoresistor or photocell وتستخدم في نظام تشغيل الإنارة الضوئي مثلا الموجود في المنازل.

  • المقاومات الشبكية Net Resistors

المقاومة الشبكية وهي مجموعة من المقاومات المتشابهة في جسم واحد وتقرءا قيمتها كما تقراء المكثفات الصغيرة.

  • المقاومات الصغيرة المسطحة Surface Mount Devices SMD

تستخدم تلك المقاومات الصغيرة لتحل محل المقاومات التقليدية وتسمي تلك التقنية ب Surface Mounted Technology SMT وتستخدم هذه التقنية مع عناصر الكترونية آخري. وهي عناصر صغيرة تثبت علي اللوح الإلكتروني ويوجد عناصر الكترونية لا تتوفر الا علي شكل SMD.

2- الدايود Diode

الدايود هو جهاز كهربائي يتكون من:-

اثنين اليكترود يمكن ان يمر بينهم اشارة، ويوجد أنواع يمكن أن نجد بها ثلاثه أو أربعة الكترود لتكوين ما يسمي بالقنطرة.

يسمى الدايود بالصمام الثنائي، ويحتوي على مادة شبه موصلة، يمر التيار الكهربائي في الدايود من اتجاه واحد، بينما يمنع مروره من الاتجاه الآخر، ويحول التيار المتردد في الدارة الإلكترونية إلى تيار مستمر.

طريقة عمل الدايود

يعمل الصمام الثنائي علي توصيل التيار الكهربي، فاذا كان مدخلات الجهد في القطب الموجب (+) الأنود أكبر من مدخلات الجهد في القطب السالب (-) الكاثود، في هذه الحالة سيتم مرور التيار الكهربي. واذا تم عكس التيار اي التيار يمر من القطب السالب الكاثود (-) الي القطب الموجب (+) الأنود، في تلك الحالة لن يتم مرور التيار الكهربائي. والسبب في ذلك أنه عندما يكون الجهد في القطب السالب الكاثود أكبر من الجهد في القطب الموجب الأنود يعمل الصمام الثنائي علي قطع التيار الكهربائي. ولذلك يستخدم الدايود في حماية المركبات الالكترونية من حدوث انعكاس للتيار الكهربائي.

تركيب الصمام الثنائى diode

يتم وضع الصمام الثنائي في الدائرؤة الكهربية بحيث يكون التيار الداخل للدائرة يمر اولا بالقطب الموجب الأنود ثم يمر بالقطب السالب الكاثود. وفي حالة التوصيل عكس ذلك سيعمل الصمام الثنائي علي قطع التيار الكهربائي الدائرة.

أنواع الصمام الثنائي Diods

  • الصمام الثنائي زنير Zener diode

يمتاز هذا النوع انه يتم اضافة بعض الشوائب اليه لزيادة الكفاءة في توصيل التيار الكهربائي.

  • الصمام المكثف Varactor diode Or Varicap

يتكون هذا النوع من صمام ومكثف يتغير بتغير التيار المار خلال قطبيه. فائدة الصمامات المكثفة هي التحكم في الجهد الكهربائي.

  • صمام الإنهيار Avalanche Diode

هذا الصمام يتم صنعه من السيليكون ومصمم من أجل التعامل مع الانهيار الكهربائي وهمو ظاهرة كهربائيسة تظهر عندما يخترق التيار الكهربائي القوي عازل كهربائي.

  • الصمام الثنائي شوتكي Schottky Diode

نوع من الصمامات الثنائية التي لا تحتوي علي pn تقليدي ولكن تحتوي علي معدن ملاصق لمادة شبة موصلة. ممكيزاته انه سريع الفتح والغلق وهذا سبب استخدامه في الترددات العالية والترددات الصغيرة.

  • الصمام الثنائي النفقي أو صمام إساكي Esaki Diode Or Tunnel Diode

يصنع من مادة الجرمانيوم ويمكن أن يصنع من مواد سيليكونية. تستخدم هذه الصمامات في محولات الترددات والمكشافات.

  • صمام قن Gunn Diode

يتكون هذا الصمام من طرفين ومشوب بشبه موصل سالب فقط، ولا يوجد شبه موصل موجب ولا يوجد وصله p-n من العوامل التي تؤثر عليه طول الثنائي وكمية البتشويب وتردد الايقاف الخاص وفجوة الرنين. يستعمل هذا النوع في توليد محالات كهرومغناطيسية تتراوح من 1 الي 1000.

  • الصمام الثلاثي PIN Diode

وصلة ثلاثية تتكون من شبه موصل موجبي p وشبه موصل سيالب n ويوجد بينهما شبه موصل ذاتي i.

  • الصمام الموجه أمامي Forward reference Diode Or Stabistor

يسمح للتيار الكهربائي من المرور في اتجاه واحد فقط. يستخدم في التطبيقات التي تعتمد علي تيارات ضعيفة وتحتاج الي ثبات عالي عند ارتفاع درجات الحرارة.

  • صمام الجرمانيوم Germanium Diode

يصنع هذا الصمام من السيليكون ويستعمل في الدارات الكهربائية الذي تعرف بعدم استقرار في منحني التيار الكهربائي.

  • الصمام الليزري Laser Diode

يعتمد هذا الصمام علي ىالمواد شبه الموصله. يتميز بحجم واستهلاك قليل للطاقة. يستخدم في الأجدهزة الدقيقة.

  • الصمام الثنائي الضوئي أو الصمام الباعث الضوئي LED

وظيفة هذا الصمام هي نفس وظيفة الصمام الثنائي العادي ويظئ عند مرور تيار كهربائي به. يفضل وضع مقاومة كهربية معه لحمايته.

  • الصمام المستقطب الضوئي Photodiode

يستعمل هذا الصمام في تحويل الضوء الي كهرباء ويستعمل كمستقبل للاشارة في الدارات الكهروضوئية.

3- المكثف Capacitors

المكثف من العناصر الالكترونية التي يتم استخدامها في الدوائر الكهربائية والالكترونية. ووظيفة المكثف هي التحكم في تدفق الشحنات الكهربائية في الدائرة الالكترونية.

سبب تسمية المكثف بهذا الاسم انه يقوم بتكثيف والاحتفاظ بالشحنات داخله مثل البطارية اللحظية.

مكونات المكثف

  • سطحين موصلين
  • عازل

يتم فصل السطحين بعازل ويتم توصيل أطراف المكثف مع السطحين، عند توصيل أطراف المكثف تتدفق الشحنة الكهربائية ويتم تجميعها علي سطح اللوح. يتم تجميع الشحنات الموجبة علي أحد الالواح والشحنات السالبة علي اللوح الآخر. وتحاول كلا من الشحنتين ان تمر من العازل لتتجاذب مع بعضهما البعض.

بعد فصل جهد البطارية تبقي الالواح مشحونه في المكثف، ولذلك السبب يمكن استخدام المكثف كبطارية. يعتمد تيار شحن المكثف علي قيمة المقاومة الموصلة اليه.

العوامل الأساسية التي تؤثر على سعة المكثف :

  • حجم المساحة السطحية لألواح المكثف

تتناسب سعة المكثف طردي مع المساحة السطحية للألواح فعند زيادة مساحة سطح اللوح تزداد سعة المكثف والعكس صحيح.

  • المسافة بين اللوحين

تتناسب سعة المكثف عكسيا من المسافة. فكلما زادت المسافة بين اللوحين تقل سعة المكثف والعكس صحيح.

  • الوسط العازل

تعتمد سعة المكثف أيضا علي نوع مادة الوسط العازل.

أنواع المكثفات

  • المكثف الكيميائي Electrolytic Capacitor
  • المكثف السيراميكي Ceramic Capacitor

  • المكثفات المتغيرة Variable Capacitor

  • مكثفات الشرائح Film Capacitor

وحدة قياس سعة المكثف هي الفاراد.

4- الترانزستور Transistors

الترانزستور مكون من مكونات الدوائر الالكترونية. عبارة عن شريحة يوجد بها ثلاث بلورات تصنع من الجرمانيوم أو السيليكون المطعم بالشوائب. البللوره الوسطي تكون رقيقة جدا وتكون من النوع الموجب أو السالب وتسمي تلك البللورة بالقاعدة. ويوجد عل الجانبين بللورتان من نوع آخر وهما الباعث والمجمع.

عند اضافة طبقة ثالثة من شبة الموصلات للصمام الثنائي Diode ينتج الترانزستور وهو عبارة عن 2 Diode يتم توصيلهما عكس بعض.

مكونات الترانزستور

  • القاعدة Base

القاعدة في الترانزستور عبارة عن مادة من الكربون تكون مختلطة بمادة البورون، يحتوي الكربون علي اربع الكترونات في مدار التكاتفؤ الخير بينما البورون يحتوي علي ثلاث الكترونات في المدار الاخير. يؤدي ذلك الي جعل الارتباط الجزئي بين الكربون والبورون غير محكم، يرمز لهذا النوع من اشباه الموصلات ب P لذلك هذه المادة تكون رديئة من حيث التوصيل للكهرباء. القاعدة لها الحجم الاكبر في الترانزستور فهو يساوي ضعف كلا من الطرفين الآخرين.

  • المجمع collector

يتكون المجمع من مادة الكربون مع مادة الزرنيخ فكما قلنا ان الكربونن يحتوي علي اربع الكترونات في مدار التكافؤ الاخير والزرنيخ يحتوي علي خمس الكترونات في مدار التكافؤ الاخير. في هذه الحاله المادة لن تفقد او تكتسب شيئا من الكتروناتها. ويرمز لها بالرمز N .

  • الباعث او المشع Emitter

يحتوي الباعث علي نفس التركيب ولكن يختلف في زيادة كثافة الزرنيخ بشكل ملحوظ.

فائدة الترانزستور

  • يعمل كمفتاح الكتروني.
  • يعمل كمكبر للجهد او التيار او كليهما علي حسب توصيلة في الدائرة الالكترونية.

استخدامات الترانزستور

  • المفاتيح الكهربائية والالكترونية.
  • بوابات المنطق الرقمي
    Digital logic .
  • دوائر تضخيم الاشارة.
  • يمكن استخدام الترانزستور في عمل.
  • دمج الملايين من الترانزستور لعمل رقائق صغيرة تستخدم في صنع ذاكرة الحاسب او المعالجات الدقيقة Microprocessors .

المصدر https://blog.bradford-jo.com/electronic-components/