آموزش الکترونیک به زبان ساده

[محمد خوزستان]

آموزش الكترونيك

درس اول

تعريف ماده : به چيزي كه جرم داشته باشد و داراي وزن باشد وفضا را اشغال كند ماده گويند .
ماده در طبيعت به سه شكل جامد مانند (چوب، فلزو ... ) و مايع مانند ( آب ، شير ، روغن ) و گاز مانند ( هوا ، اكسيژن و .....)
مولكول : كوچكترين جزء جسم كه داراي خواص و مشخصات شيميايي و فيزيكي آن جسم باشد مولكول گويند .
عنصر : جزء اصلي ماده است كه با روشهاي معمولي به اجسام ساده تر تجزيه نمي شود . مانند : آهن، مس، طلا، سيلسيوم، هليوم، و...
اتم : كوچكترين ذرّه يك عنصر را كه هنوز داراي خواص همان عنصر است اتم گويند .
ساختمان اتمي : اگر يك اتم را به اجزاء كوچكتر تقسيم نمائيم در مي يابيم كه از سه قسمت به نامهاي الكترون با بار منفي ، پروتون با بار مثبت و نوترون با بار خنثي تشكيل شده است. كه پروتون ونوترون مجموعاً هسته اتم را تشكيل داده والكترون حول هسته در گردش است و تعداد الكترونها با پروتونها برابر است يك اتم از نظر بار الكتريكي خنثي' مي باشد .
خواص الكتريكي : اجسام از نظر خواص الكتريكي سه دسته ا ند .
1- هادي يا رسانا مانند مس و آلومينيوم و انواع فلزات
2 - عايق يا نارسانا مانند شيشه ، لاك كائوچو و انواع پلاستيك
3 - نيمه هادي مانند سيلسيوم ، ژرمانيوم
هادي يا رسانا : جسمي است كه داراي الكترون آزاد بوده و جريان الكتريسيته را به راحتي از خود عبور مي دهد .
عايق يا نارسانا : جسمي است كه الكترون آزاد نداشته وجريان الكتريسيته را ازخود عبور نمي دهد . و اگر بر اثر مالش در يك قسمت عايق الكتريسيته ايجاد كنيم در همانجا الكتريسيته به صورت بار ساكن باقي مي ماند.
نيمه هادي : جسمي است كه در درجه حرارت معمولي داراي الكترون آزاد كمي بوده و در شرايطي مثل اجسام هادي جريان الكتريسيته را از خود عبور مي دهد .
يون : به اتمي كه از حالت خنثي خارج شده باشد يون گويند. به اتمهايي كه الكترون از دست داده باشند يون مثبت و اتمهايي كه الكترون گرفته باشند يون منفي گويند .
انواع الكتريسيته : بر دو نوع است الكتريسيته ساكن و الكتريسيته جاري ، اگر بار الكتريكي در جسمي ساكن باشد مانند لاك مالش داده شده به آن الكتريسيته ساكن و اگر بلعكس الكترونها در جسمي جاري شوند مانند جريان پيل در سيم به آن الكتريسيته جاري مي گويند .
جريان الكتريكي : اگر به نوعي بتوانيم الكترون هاي آزاد جسمي را به حركت در آوريم جريان الكتريسته حاصل مي شود كه واحد اندازه گيري آن آمپر است . بنا به تعريف : عبور6،280،000،000،000،000،000الكترون در مد ت يك ثانيه ا زيك هادي را يك آمپر 1A و 0.001 آن را يك ميلي آمپر mA و 0.000001آنرا يك ميكرو آمپر 1 گويند .
سوالات درس اول :
1 - بار الكتريكي الكترون و نوترون را بنويسيد .
2 - بار الكتريكي اتم در حالت عادي چيست ؟
3- اجسام زير را از نظر خواص الكتريكي تقسيم بندي كنيد . شيشه ، آهن ، كائوچو ، سرب ، لاك ، طلا ، سيلسيوم ، آلومينيوم ، كاغذ
4- الكترون آزاد يعني چه ؟ در كداميك از عناصر فوق موجود است ؟
5- فرق بين الكتريسيته جاري و ساكن را بيان كنيد .
6- آحاد اندازه گيري جريان را بنويسيد

[محمد خوزستان]

آموزش الکترونیک ( درس دوم )
مقدار الكتريسيته : اگر جرياني به شدت يك آمپر از مداري عبور نمايد گويند يك كولن بار الكتريكي ( الكتريسيته ) از مدار جاري شده است كه آنرا با Q نمايش داده و مي توان نوشت .
Q=I * t در اين رابطه Q مقدار الكتريسيته بر حسب كولن و I جريان برحسب آمپر و t زمان عبور جريان برحسب ثانيه مي باشد .

انواع جريان الكتريكي

انواع جرياني كه درمدارات الكترونيكي با آن سروكار داريم را مي توان به سه دسته زير تقسيم نمود .

1 – جريان مستقيم : به جرياني گفته مي شود كه حركت الكترونها ( كه حامل بار الكتريكي هستند ) در يك جهت و بطور يكنواخت باشد
يعني در طول مدت زمان عبور از مدار تعداد اين الكترونها و جهت حركت آنها تغيير نمي كند . مانند عبور جريان پيل از مدار

2 – جريان متغيير: به جرياني گفته مي شود كه حركت الكترونها در يك جهت ولي تعداد آنها در طول مدت زمان عبو متغيير مي باشد .
مانند حركت جريان در مدارات الكترونيكي ( ميكروفن ، بلند گو و تقويت كننده ها )

3 – جريان متناوب : به جرياني گفته مي شود كه حركت الكترونهاي مداربه طور منظم كم وزياد شده و جهت جريان آن نيز با توجه به تواتر مدار عوض مي شود . مانند عبور الكترون در ترانسهاي برق شهر و در ابعاد كوچكتر در ترانسهاي كاهنده داخل راديوضبط ها

فركانس : تواتر جريان متناوب در واحد زمان ( يك ثانيه ) را فركانس گويند يعني تعداد سيكل در ثانيه
سيكل : يك حركت رفت وبرگشت جريان متاوب را كه همانند يكديگرند وفقط جهت جرايان آنها خلاف يكديگرمي باشند سيكل گويند .
پريود : به مدت زمان صرف شده در هر سيكل از جريان متاوب پريود گفته مي شود .

سوالات درس دوم
1 - چند نوع جريان را مي شناسيد نام ببريد .

2 – فرق جريان متغيير و متناوب را بنويسيد .

3 – حركت الكترونهاي حامل بار الكتريكي در جريان مستقيم را توضيح دهيد .

4 – مفهوم سيكل وپريود چيست ؟

5 – فركانس يعني چه ؟

[محمد خوزستان]

الف : مقاومتهای کربنی
ساختمان اصلی آنها از استوانه ی سرامیکی تشکیل شده که لایه خارجی آن را از کربن به طریق شیمیایی رسوب داده آن را مارپیچ وار شیارمی زنند ومقدار مقاومت با تغییر ضخامت لایه ی گرافیت تغییر می کند .


ب : مقاومتهای سیمی :
برای تهیه ی این نوع مقاومت بدور استوانه ای از عایق چینی سیمهای مخصوص با آلیاژهای نیکل ومس و آهن پیچیده می شود این مقاومتها توان حرارتی بیشتری داشته ودر مداراتی که توان بیشتری مصرف می کنند استفاده می شود .


ج : انواع مقاومت از نظر ساختار فیزیکی :


الف : مقاومتهای ثابت : نوعی از مقاومتهای سیمی یا کربنی می باشند که اندازه اهمی آنها تقریباً ثابت و بدون تغییر می باشند .
ب : مقاومتهای چند سر ثابت : از انواع مقاومت های سیمی ویا کربنی که برای صرفه جویی در حجم دو یا چند مقاومت را با هم سری می کنند .
ج : مقاومتهای قابل تنظیم یا پتانسیومتر: نوعی مقاومت سه سر و یا دو سر می باشند که به وسیله محور گردان یا پیچ کشتی و یا به صورت کشوی قابل تنظیم می باشند .
د : مقاومت های متغیر ویا ولوم : نوعی دیگر از مقاومت ها میباششند که به صورت کشوی ویا استوانه ای ساخته شده و توسط اهرمی در طول مقاومت در نوع استوانه ای ویا به صورت چرخش مقدار اهم آن تغییر می کند . و معمولاً به صورت دستی در کم وزیاد کردن حجم صوت و زیر وبم نمودن صوت در دستگاههای صوتی ویادر مدارات تصویری به منظور تنظیم نمودن نور وشفافیت صفحه نمایش تلویزیون و.... کاربرد دارند .
ه : مقاومتهای متغییر مخصوص یا ویژه : مقاومتهایی هستند که با تغییرات عوامل فیزیکی و الکتریکی مقدار اهمشان تغییر کرده و به صورت دستی ویا مکانیکی متغیر نمی باشند . این دست از مقاومتها خودشان در انواع زیر دسته بندی می شوند .
الف : مقاومتهای حرارتی یا ترمیستور :

این مقاومتها خود بر دو نوعند .
ntc ( منفی ) که درمقابل ازدیاد درجه حرارت مقدار اهمشان کم و با کاهش دما اهمشان زیاد می شود .
ptc ( مثبت ) که در مقابل ازدیاد دما مقدار اهم آنها زیاد و با کم شدن درجه حرارت اهم آنها کم می شود .

ب : مقاومت نوری یا فتو رزیستور یا ldr
این نوع مقاومت به نور حساسیت زیادی داشته و با افزایش شدت نور اهم آن کم و با کاهش آن مقاومتش زیاد می شود .
ج : مقاومت کنترل کننده ولتاژ یا وریستور ویا vdr
مقدار اهم این مقاومت بستگی به تغییرات ولتاژ دوسرش دارد که در حالت آزاد مقدار اهم زیادی از خود نشان داده و با اعمال ولتاژ به دوسر آن مقاومتش کم می شود . در بعضی از مدارات به عنوان تثبیت کننده ولتاژ از آنها استفاده می شود .
د : مقاومت کنترل کننده حوزه مغناطیسی یا mdr
این نوع مقاومت درحوزه میدان مغنا طیسی اهمشان کم شده ودر خارج از حوزه مغناطیسی اهم بیشتری از خود نشان می دهند .

[محمد خوزستان]

قانون اهم

اختلاف پتانسیل موجب جاری شدن الکترون در هادی می گردد و نیز هادی با عبور جریان مخالفت می کند
یعنی از خود مقاومت نشان میدهد .

قبلاً با سه کمیت نام برده فوق که در زیر نیز ملاحظه می شود :


1 - اختلاف پتانسیل بر حسب ولت که با ( v ) نشان داده می شود .
2 – جریان ( جاری شدن الکترون ) برحسب آمپر که با ( i ) نشان داده می شود .
3 – مقاومت بر حسب اهم : که با ) r ) نشان داده می شود .


آشنا شده ایم .


جرج سیمون اهم رابطه ی v=r.i را در طی آزمایشهای خودش ثابت نمود . و اکنون به نام قانون اهم مشهور شده است .

توان الکتریکی

توان الکتریکی را با ( p )نشان می دهند . و واحد آن وات ( w ) است و کار انجام شده توسط یک ولت با
جریان یک آمپر را یک وات می گویند . یعنی p = v. I در این فرمول می توان به جای v مساوی آن یعنی
r . I را نوشت . یعنی می توان نوشت p =(r.i)i و یا p = r . I . I

[محمد خوزستان]

آموزش الکترونیک ( درس هفتم)

مولدهای انرژی الکتریکی :

انرژی الکتریکی را می توان از تبدیل انرژی شیمیایی ، مکانیکی و نورانی وحرارتی بدست آورد .
یعنی درحقیقت مولدهای انرژی الکتریکی شکلی از انرژی را تبدیل به انرژی الکتریکی می نمایند .

انواع مولدها : 1 – پیلها 2 - انباره ها 3 – ماشینهای مولد جریان القایی

1 – پیلها
اگر دو الکترود مختلف الجنس رادر مایعی بنام الکترولیت وارد نمائیم پیل حاصل می شود مثلاً اگر یک میله ی گرافیت و یک میله روی را در اسید سولفوریک رقیق فروبریم ومابین میله ها را آمپر متری قرار دهیم آمپر متر عبور جریان را نشان میدهد که به مرور از انحراف آن کاسته میگردد تا زمانی که دیگر عبور جریانی مشاهده نمی شود . در این حالت می گوئیم که پیل پلاریزه شده است . این حالت به دلیل جمع شدن حبابهای ئیدروپن در اطراف میله ذغالی می باشد . برای جلوگیری از عمل پلاریزاسیون می توان ماده ای اکسید کننده (اکسیژن زا ) مانند بی کرومات پتاسیم به محلول اضافه کرد .در این حالت اکسیژن حاصل از بی کرومات با ئیدروژن ترکیب شده وآب حاصل می شود وپیل قابل استفاده می شود . که این پیل به پیل بیکرومات موسوم است .

پیل لکلانشه : یا پیل خشک ، الکترولیت این پیل خمیری است از کلرور آمونیوم ( نشادر ) و الکترود مثبت آن میله گرافیت است . که اطراف آنرا بی اکسید منگنز ( اکسیژن زا ) احاطه نموده و مجموعه را در داخل ظرف محتوی نشادر قرار می دهند و سپس سر ظرف را با مواد قیری مسدود می کنند .
ولتاژ این پیلها 5/1 ولت است و هم اکنون در اندازه وسایزهای مختلف ساخته می شود . ومیزان بازدهی آنها از نظر توان وجریان باهم متفاوتند .
سری و موازی بستن پیلها : اگر باطریها را باهم سری نمائیم ولتاژ آنها با هم جمع می شود و در صورتی که آنها را باهم به صورت موازی ببندیم جریان آنها باهم جمع می شود .

2 – انباره ها : از انواع انباره ها می توان با طری اتومبیل را نام برد که به انباره سربی نیز مشهور است در این انباره از محلول رقیق اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت و pbo به عنوان الکترود منفی
و pbo4 به عنوان الکترود مثبت استفاده شده است . که بعد از شارژ قطب مثبت به pbo2 و قطب منفی به سرب تبدیل می شود . نیروی محرکه آن حدود 2/2 ولت است که برای یک باطری 12ولتی اتومبیل از6 واحد انباره بطور سری استفاده می کنند با شارژ کامل ولتاژ باطری به 2/13 ولت می رسد .

3 - ماشینهای مولد القایی : می دانیم اگر از سیمی جریان الکتریسیته عبور کند در اطراف سیم میدان مغناطیسی ایجاد می شود . که از این خاصیت نیز در ساختن آهنربای الکتریکی استفاده می شود . و نیز -اگر یک میله آهنربا را از میان یک سیم پیچ عبور دهیم ودوسرسیم پیچ را به یک میلی آمپرمتر وصل کنیم حرکت عقربه میلی آمپر متر عبور جریانی را نشان می دهد یعنی از حرکت آهن ربا در سیم پیچ جریان -الکتریسیته حاصل می شود و علت آن قطع خطوط نیروی مغناطیسی بوسیله سیم پیچ است از این خاصیت در مولدهای عظیم برق استفاده می شود .

[محمد خوزستان]

درس هشتم

یکی دیگر از قطعات مورد نیاز در دستگاههای الکترونیکی خازن است که از دوصفحه هادی به نام جوشن که مابین آنها یک صفحه عایق به نام دی الکتریک (مانند : کاغذ ، میکا ، شیشه ، هوا ، یا الکترولیت های شیمیایی ) قرار دارد تا از اتصال دو صفحه به هم جلوگیری نماید .

عبور جریان DC از خازن :

از مطالب فوق می توان نتیجه گرفت که جریان مستقیم تا زمانی از خازن عبور می کند که خازن در حال شارژ و یا دشارژ باشد ودر عمل گویند که جریان DC از خازن عبور نمی کند .
عبور جریان AC از خازن:
چون جهت جریان متناوب تغییر میکند پس جهت شارژ و دشارژ نیز عوض می شود و به همین دلیل جریان متناوب از خازن عبور می کند و هرچه ظرفیت خازن بیشتر باشد جریان عبور آن نیز بیشتر است و ازاین مطلب می توان نتیجه گیری کرد که هرچه ظرفیت خازن بیشتر باشد مقاومت کمتری در مقابل عبور جریان از خود نشان می دهد .
حتی این مقاومت با فرکانس جریان متناوب نیزنسبت عکس دارد یعنی هرچه فرکانس بیشتر باشد مقداراین مقاومت نیز کمتر می شود . این مقاومت را مقاومت ظاهری خازن گویند و با Zc نشان می دهند .

[محمد خوزستان]

درس نهم

نقش خازن نگهداری بار الکتریکی بر روی جوشن ها می باشد و هرچه سطح جوشنها بزرگتر باشد ظرفیت خازن بیشتر است و هرچه سطح آنها کوچکتر باشد ظرفیت آن کمتر است ، عامل دیگر ذخیره بار الکتریکی در خازن فاصله دو جوشن است هرچه این فاصله کمتر ظرفیت بیشتر و هرچه این فاصله بیشتر باشد ظرفیت خازن کمتر است و ظرفیت خازن به جنس عایق بین دو جوشن نیز بستگی دارد واگر ظرفیت خازن را با C و سطح دو جوشن را با S وفاصله دو جوشن را با D و ضریب جنس عایق را با K نمایش دهیم رابطه C = 0.885KS/D
برقرار است .

اگر دو یا چند خازن را مطابق شکل به هم وصل کنیم آن را سری بستن گویند که طبق رابطه زیر محاسبه می شود .



موازی بستن خازن ها

اگر پایه های دو یا چند خازن را دو به دو بهم وصل نمائیم آنرا موازی یا پارالل گویند . که فرمول خازن معادل آن جمع ظرفیتهای آنهاست .

یعنی C = C1 + C2 + C3 + …………………

[محمد خوزستان]

درس دهم

انواع خازنها :
خازنها را در دو دسته ثابت و متغیر می توان دسته بندی نمود .


1 - خازنهای ثابت : این خازنها با توجه به نوع عایق ( دی الکتریک ) به کار گرفته در آن می توان تقسیم نمود .


مثلاً : خازنهای سرامیکی ، خازن میکا ، خازن کاغذی ، خازن پلاستیکی ، خازنهای الکترولیتی


خازنهای سرامیکی : این نوع خازنها در دو نوع عدسی ، و لوله ای ساخته می شوند . که جنس عایق آنها از سرامیک می باشد و بر روی دو طرف آن لایه ی نازکی از نقره رسوب می دهند و پایه های این نوع خازن به طرفین صفحه و یا لوله سرامیکی لحیم شده اند . و کاربرد این نوع خازن از 12 ولت الی 2000 می باشد .


خازن میکا : از انواع سرامیکی مرغوبتر و دارای ثبات بهتر وبه همین دلیل در موارد استفاده دقیق بیشتر استفاده می شود .
خازن کاغذی : این خازن به شکل لوله پیچیده می شود و عایق آن کاغذ آغشته به پارافین می باشد و از انواع خازنهای با ثبات به شمار می رود . کار برد آن در ولتاژ های بالا و در محدوده برق شهر و بیشتر در الکترو موتورهای الکتریکی می باشد .
خازنهای پلاستیکی : عایق این نوع از خازنها از انواع پلیمرهای پلاستیکی ساخته شده و در ولتاژ کارهای پائین و خیلی بالا نیز کاربرد دارد . مانند انواع خازنهای پلی استر و یا پلی اتیلن و یا ...............


خازن الکترولیتی ( شیمیایی ) : در دونوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته میشود که نوع آلومینیومی آن معمولی تراست و از ورقه های الومینیوم ایجاد شده و عایق بین جوشن های آن کاغذ آغشته به تترابورت آمونیوم قرار داده اند در این نوع خازن به دلیل استفاده از الکترولیت وداشتن پلاریته مثبت ومنفی هنگام استفاده رعایت قطبین آن الزامی است . و اگر از پایه های آن به صورت معکوس استفاده شود تترابورت آمونیوم تجزیه شده خازن بر اثر حرارت وگاز تولید شده منفجر میگردد .


2 – خازنهای متغیر : در دونوع مکانیکی و الکترونیکی ساخته می شوند .


نوع مکانیکی خود در دونوع واریابل و تریمر در مدارات هما هنگی رادیوها مورد استفاده می باشد .


نوع الکترونیکی : در واقع نوعی از نیمه هادیها به نام دیودهای واریکاب می باشند که در گرایش معکوس با اعمال ولتاژ های متفاوت به دو سر آن ظرفیتهای مختلفی متناسب با ولتاژ اعمالی از خود نشان می دهند .

[محمد خوزستان]

آهنربا چیست ؟ :
اهنربا جسمی است که مواد مغناطیس شونده را به خود جذب می کند . این مواد عبارتند از :
آهن ، فولاد ( نوعی آهن سخت ) ، نیکل ، کبالت و آلیاژهای آنها

موادی از قبیل : چوب ، کاغذ ، شیشه ، مس ، آلومینیم ، سرب و قلع نمونه ای از مواد غیر مغناطیس می باشند که توسط آهنربا جذب نمی شوند .
قطب های آهنربا : در هر آهنربا دو ناحیه وجود دارد که دارای نیروی مغناطیسی بیشتری نسبت به سایر نواحی آن
می باشد این دو ناحیه را قطبهای آهنربا گویند .
یکی از این نواحی را قطب شمال ( n ( و دیگری قطب جنوب ) s ) می نامند .
دو قطب همنام در آهنربا یکدیگر را دفع ودو قطب غیر همنام یکدیگر را جذب می کنند .

میدان مغناطیسی : اطراف یک آهنربا از سوی n به s خطوط قوایی بیشماری محسوس است که هرچه از قطبین آهنربا دورتر شویم این خطوط کمتر و هرچه به قطبین آن نزدیکتر شویم این خطوط افزایش می یابد . به این حوزه که درآن خطوط قوای مغناطیسی وجود دارد میدان مغناطیسی گویند .

الکترو مغناطیس چیست ؟
اگر از یک هادی جریان الکتریکی عبور کند در اطراف آن هادی میدان مغناطیسی مانند میدان مغناطیسی یک آهنربا به وجود می آید که نیروی مغناطیسی حاصل را الکترو مغناطیس گویند .

میدان مغناطیسی پیرامون یک سیم پیچ :
اگر سیمی را به صورت مارپیچ حول یک میله بپیچیم وسیله ای به نام سیم پیچ ( سلف ، کوئیل ، چوک ، بوبین ، سولونوئید ) حاصل می شود .
در صورتیکه جریان مستقیم ازاین سیم پیچ عبور نماید یک آهنربا ی ثابت با دو قطب n و s به وجود می آید ومیدان اطراف آن نیز مانند میدان آهنربای ثابت است و اگر جریان متناوب از آن عبور کند قطبهای آهنربای بدست آمده با تغییر جهت جریان عوض شده آهنربای متغییر حاصل می شود . و میدان اطراف این آهنربای متغییر نیز متناوب است .

القاء الکترو مغناطیس :
هرگاه یک سیم پیچ خطوط میدان مغناطیسی یک آهنربا را قطع نماید الکترونها در داخل سیم پیچ شروع به حرکت نموده جریان الکتریکی را تولید می کنند که این خاصیت را القاء الکترو مغناطیس نامند .

[محمد خوزستان]

آموزش الکترونیک ( درس دوازدهم )

خود القایی یعنی چه ؟ : تغییرات جریان در یک سیم پیچ موجب ایجاد ولتاژی در سیم پیچ می شود که فشار الکتریکی آن بر خلاف جهت جریان اولیه می باشد که آن را خود القایی گویند .
در واقع کم و زیاد شدن جریان باعث تغییر میدان مغناطیسی می شود و تغییرات این میدان خود موجب ایجاد نیروی محرکه دیگری می گردد که جهت جریان آن همیشه بر خلاف جهت جریان اولیه می باشد و همواره با تغییر جریان در سیم پیچ مخالفت می کند .

خواص سیم پیچ در جریان AC و DC

به طوری که گفته شد سیم پیچ با هر گونه تغییر جریان مخالفت می کند پس زمانیکه جریان AC از سیم پیچ عبور کند سیم پیچ از خود مقاومت نشان می دهد که از رابطه XL = 2pFL قابل محاسبه می باشد در این رابطه XL مقاومت ظاهری سیم پیچ بر حسب اهم و F فرکانس جریان متناوب و اندوکتانس سیم پیچ برحسب هانری می باشد .

عبور جریانDC ازسیم پیچ به راحتی صورت گرفته وفقط مقاومت اهمی سیم پیچ در عبور جریان DC موثراست .

کار برد سیم پیچ در صنعت :

سیم پیچها را در رله ، بلند گو ، گوشی ، پیکاب گرام ، وپیکاب میکروفن ، میکروفن های دینا میکی ، آمپر مترها ، ولت متر ها ، وزنک اخبار به کار گرفته می شود