بخش اول: مقدمات الکترونیک

نارسانا ها (عایق ها)

پلاستيک و موادی مانند آن که اجازه نمی دهند بار الكتريكی در آنها حركت كند را عايق يا نارسانا می نامند. به الكتريسيته ای كه حركت نداشته باشد ، الكتريسيته ساكن می گويند.

رسانا ها

رساناها (مانند فلزات) موادی هستند كه بار الكتريكی می تواند به طور آزادانه در آنها حركت كند.

ذخيره كردن بار الكتريكی

خازن ها ، اجزايی الكترونيكی هستند كه برای ذخيره بار الكتريكی مورد استفاده قرار می گيرند. همچنين از خازن برای جدا كردن جريان متناوب (AC) از جریان مستقیم (DC) نیز استفاده می شود.

جريان الكتريكی در سيم ها

در يک سيم مسی چندين ميليون الكترون وجود دارد. اگر دو سر آن را به دو قطب مثبت و منفی يک باتری وصل كنيم ، تعدادی از الكترون ها به طرف قطب مثبت سيم حركت می كنند. اين حركت الكترون ها موجب ايجاد جريان الكتريكی می شود.

كولن و آمپر

كولن يكای اندازه گيری بار و آمپر یکای اندازه گیری جريان الكتريكی است. بار الكتريكی بر حسب كولن اندازه گيری می شود.

پيل ها و ولتاژها

پيل ها دو ترمينال (قطب) دارند كه ترمينال مثبت (+) و ترمينال منفی (-) ناميده می شوند.

فعاليت شيميايی داخل پيل ها موجب می شود كه در ترمينال مثبت تجمعی از بارهای مثبت و در ترمينال منفی تجمعی از بارهای منفی وجود داشته باشد.

اختلاف ميان انرژی دو سر ترمينال ها را اختلاف پتانسيل (p.d) می نامند.

نيروی محركه الكتريكی

وقتی كه بار الكتريكی از ميان باتری می گذرد ، باتری انرژی می گيرد و در مدار خارج از باتری مصرف می شود.

انرژی تأمين شده برای هر كولن بار الكتريكی را نيروی محركه الكتريكی (e.m.f) باتری می نامند. نيروی محركه الكتريكی را بر حسب ولت (V) اندازه می گيرند.

باتری ها

يک باتری از به هم بستن چند پيل به يكديگر تشكيل می شود.

مدارهای الكتريكی

به كمک يک منبع تغذيه كم ولتاژ و دو قطعه سيم ، لامپی را روشن كنيد. اين اتصال منبع به لامپ ، يک مسير بسته رسانا ايجاد می كند كه الكتريسيته می تواند درآن مسير جاری شود. اين اتصال را مدار الكتريكی می نامند.

روشن شدن دو لامپ به طور همزمان

وقتی لامپ ها پشت سرهم و در يک خط به هم وصل شده باشند ، اتصال لامپ ها سری است. بنابراين جريان الكتريكی ابتدا از يكی از لامپ ها عبور كرده و سپس از لامپ دوم می گذرد.

حال لامپ ها را به طور موازی به هم وصل می کنیم ، بطوری که هر لامپ به طور مستقيم به باتری وصل است. در اتصال موازی ، هر دو لامپ به صورت پر نور روشن می شوند و اگر يكی از لامپ ها برداشته شود ، لامپ ديگر خاموش نمی شود.

سیگنال های AC و DC

AC به معنی جريان متناوب و DC به معنی جريان مستقيم می باشد. اين دو مؤلفه گاهی به سيگنال های الكتريكی (مثلاً ولتاژ) هم كه جريان نيستند ، اطلاق می شود. بنابراين سيگنال های الكتريكی ، جريان يا ولتاژی هستند كه منتقل كننده اطلاعات (معمولاً ولتاژ) هستند.

جريان متناوب AC

سيگنال های متناوب در يک مسير منتشر می شوند و سپس تغيير مسير می دهند و اين عمل دائماً تكرار می شود. يعنی ابتدا يک سيكل مثبت و بعد يک سيكل منفی و به همين ترتيب تكرار می شوند.

يک ولتاژ متناوب دائماً بين مثبت و منفي تغيير می كند و بصورت موجی تكرار می شود.

به هر تغييرات بين مثبت و منفی ، يک سيكل گفته می شود و واحد آن هرتز می باشد. در ايران وسایل الكتريكی با فركانس 50 هرتز كار می كنند.

شكل بالا شكل موج يک منبع تغذيه متناوب است كه به آن موج سينوسی اطلاق می شود و به شكل پایين ، از آنجا كه مستقيماً بين مثبت و منفی تغيير می كند ، شكل موج مثلثی اطلاق می شود.

سيگنال های متناوب برای راه اندازی وسایلی از قبيل لامپ ها و گرم كننده ها بكار می روند ولی اكثر مدارهای الكتريكی برای كار نياز به يک ولتاژ مستقيم دارند.

جريان مستقيم DC

جريان مستقيم هميشه در يک مسير جاری می شود (هميشه مثبت و يا هميشه منفی) ولی ممكن است ميزان آن كاهش يا افزايش پيدا كند.

باتری ها و رگولاتورها ولتاژ مستقيم می دهند و اين ولتاژ برای مدارهای الكترونيكي مناسب است. اكثر منابع تغذيه شامل يک تبديل كننده ترانسفورماتوری هستند كه جريان اصلی غير مستقيم را به يک جريان غير مستقيم كم و بی خطر تبديل می كنند.

سپس اين جريان كم و بی خطر توسط مدارات يكسو كننده جريان از غير مستقيم به مستقيم تبديل می شود. البته اين ولتاژ مستقيم يک ولتاژ متغيير می باشد و برای مدارهای الكترونيكی مناسب نيست و لذا برای صاف كردن سطح ولتاژ مستقيم ، از يک خازن استفاده مي شود تا ولتاژ مستقيم برای مدارات الكترونيكی حساس قابل استفاده شود.

در شكل بالا ، شكل موج يک ولتاژ مستقيم ثابت و يكنواخت كه از طريق باتری تأمين می شود ، نشان داده شده است.

شكل وسط ، يک ولتاژ مستقيم با صاف كننده سطح ولتاژ (خازن) است كه برای بعضی از مدارهای الكترونيكی مناسب می باشد و شكل پایين ، يک ولتاژ مستقيم بدون استفاده از خازن را نشان می دهد.

مشخصات سيگنال های الكتريكی

همانطور كه بيان شد ، سيگنال های الكتريكی ولتاژ يا جريانی هستند كه انتقال دهنده اطلاعات كه معمولاً ولتاژ است ، می باشند.

در نمودار زیر مشخصات مختلفی از سيگنال الكتريكی نشان داده شده است. يكی از اين مشخصات فركانس است كه به تعداد سيكل ها در ثانيه اطلاق می شود.

Amplitude ماكزيمم ولتاژی است كه سيگنال دارد و Peak voltage نام ديگری برای Amplitude است.

پيک تو پيک (Peak-peak voltage) دو برابر مقدار پيک ولتاژ می باشد.

دوره تناوب (Time period) زمانی است كه برای طی شدن يک سيكل كامل نياز است. اين زمان بر حسب ثانيه اندازه گيری می شود و در زمان های خيلی كوتاه از واحد های ميكروثانيه هم استفاده می شود.

فركانس (Frequency) به تعداد سيكل ها در هر ثانيه اطلاق می شود و واحد آن هرتز است. در اندازه گيری فركانس های بالا از واحد های كيلوهرتز و مگاهرتز نيز استفاده می شود.

در ايران فركانس شبكه برق 50 هرتز است. بنابراين دوره تناوب برابر است با 20 ميكروثانيه.

1/50 = 0.02s = 20ms

هر كيلوهرتز برابر با هزارهرتز و هر مگاهرتز برابر را يک ميليون هرتز است.

1kHz = 1000Hz   و    1MHz = 1000000Hz

ارزش و مقدار RMS (ولتاژ مؤثر)

در ولتاژ غير مستقيم ، ولتاژ از صفر شروع و به پيک مثبت می رسد و دوباره به صفر رسيده و سپس به پيک منفی می رسد و در بيشتر اوقات ، ولتاژ از مقدار پيک ولتاژ كمتر است. لذا از يک مقدار مؤثر استفاده مي كنيم كه همان RMS است. مقدار ولتاژ RMS برابر است با 0.7 ولتاژ پيک

VRMS = 0.7 × Vpeak و    Vpeak = 1.4 × VRMS

ارزش يا معيار RMS يک ارزش مؤثر ولتاژ يا جريان متغيير می باشد. بدين معنی كه تأثیر اصلی این ولتاژ در مدار معادل آن مقدار است. بعنوان مثال يک لامپ كه به ولتاژ 6 ولت RMS متصل شده است ، همان مقدار روشنایی را دارد كه اگر به يک ولتاژ 6 ولت مستقيم متصل می شد. به هر حال نور لامپی كه با ولتاژ 6 ولت RMS روشن شود ، كمتر است از نور لامپی كه با 6 ولت مستقيم روشن شود. چون ولتاژ مؤثر 6 ولت غير مستقيم برابر است با 2/4 ولت. يعنی برابر با 2/4 ولت مستقيم نور می دهد.

بحث ولتاژ مؤثر اين فكر را بوجود مي آورد كه مقدار RMS نوع ديگری از ميانگين است ولی بخاطر داشته باشيد كه اين مقدار قطعاً ميانگين نيست. در واقع ولتاژ يا جريان ميانگين غير مستقيم ، صفر خواهد بود. چون بخش های مثبت و منفی سيگنال ، همدیگر را خنثی می كنند و وقتی ميانگين می گيريم ، ميانگين برابر با صفر خواهد بود. بنابراين ولتاژ RMS قطعاً يک ولتاژ ميانگين نيست.

ولت مترهای AC مقدار مؤثر ولتاژ يا جريان را نشان می دهند. در ولتاژهای مستقيم هم مقدار مؤثر DC نشان داده مي شود.

سؤالی كه مطرح می شود ، اين است كه بطور مثال 6 ولت مستقيم دقيقاً چه معنایی دارد؟ مقدار مؤثر يا مقدار پيک ولتاژ؟

در اين موارد اگر منظور پيک ولتاژ باشد ، معمولاً قيد می شود و در غير اين صورت ، منظور مقدار مؤثر خواهد بود. برای مثال وقتی می گویيم 6 ولت AC ، به معنی 6 ولت مؤثر است كه پيک ولتاژ آن 8/6 ولت می باشد.

در ايران ولتاژ 220 ولت برای مصارف عمده الكتريكی مورد استفاده قرار می گيرد ، اين به معنی 220 ولت مؤثر بوده و پيک آن حدود 320 ولت است.