مدار چیست ؟ (مدار‌های الکتریکی و مدار‌های الکترونیکی)

یکی از اولین مواردی که هنگام یادگیری الکترونیک با آن مواجه می شوید مفهوم یک مدار است.  در این قسمت از آموزش به توضیح مدار و ولتاژ خواهیم پرداخت.

مدار چیست

اصول مدار های الکتریکی

ولتاژ و نحوه کار آن

قبلا در میکرو دیزاینر الکترونیک در مورد مفاهیم ولتاژ ، جریان و توان نوشته ایم ولی اینجا مجدد تعاریفی را باهم برسی میکنیم. احتمالا شنیده اید که یک باتری یا یک پریز برق مقدار ولت مشخصی دارد. این مقیاس یک برآورد از پتانسیل الکتریکی تولید شده توسط باتری یا شبکه برق متصل به پریز می باشد.

تمامی این ولت ها منتظر استفاده ی شما هستند ، اما یک نکته وجود دارد : برای اینکه الکتریسیته بتواند کار انجام بدهد ، باید بتواند حرکت کند. در واقع مانند یک بادکنک باد شده ، اگر آن را سوراخ کنید با خارج شدن هوا کار انجام می شود اما اگر جلوی خروج آن را بگیرید کاری انجام نمی شود.

اصول مدار های الکتریکی

 

برخلاف خروج هوا از بادکنک ، الکتریسیته تنها می تواند از داخل موادی عبور کند که رسانای جریان الکتریکی باشند ، مانند سیم مسی . اگر سیم را به باتری یا پریز برق متصل کنید (هشدار : ولتاژ برق شهر بسیار خطرناک است ، این کار را انجام ندهید.) در واقع به الکتریسیته یک مسیر برای عبور داده اید . اما اگر سیم به چیز دیگری متصل نباشد ، جریان الکتریسیته جایی برای رفتن نخواهد داشت و همچنان ساکن خواهد ماند .

ولتاژ و نحوه کار آن

چه چیزی باعث حرکت الکتریسیته می شود ؟

الکتریسیته تمایل دارد تا از یک ولتاژ بیشتر به یک ولتاژ کمتر سرازیر شود . دقیقا شبیه به بادکنک : هوای فشرده ی داخل بادکنک می خواهد از داخل بادکنک (فشار بیشتر ) به خارج بادکنک جریان پیدا کند . اگر یک مسیر رسانا بین یک ولتاژ بیشتر و یک ولتاژ کمتر ایجاد کنید الکتریسیته در آن مسیر شروع به حرکت خواهد کرد . و اگر چیزی مانند یک ال ای دی در مسیر آن قرار دهید ، این جریان می تواند برای شما کار انجام دهد ، مانند روشن کردن آن ال ای دی .

روشن کردن آن ال ای دی

بنابراین ، از کجا یک ولتاژ بیشتر و یک ولتاژ کمتر پیدا کنیم ؟ موضوعی وجود دارد که دانستن آن بسیار مفید است : هر منبع الکتریسیته دو طرف(پلاریته-مثبت و منفی باتری یا فاز و نول برق شهر) دارد . میتوانید این مورد را روی باتری ها مشاهده کنید که دو سرپوش فلزی در دو طرف خود دارند یا در مورد پریز برق که دو سوراخ (یا بیشتر) دارد . در باتری ها و دیگر منابع ولتاژ DC (جریان مستقیم ) این طرف ها (اغلب با نام پایانه) ، مثبت (یا “+”) و منفی (یا”-“) نام گذاری شده اند .

چرا هر منبع الکتریسیته دو پایانه دارد ؟

دلیل این موضوع به ایده “پتانسیل ” برمیگردد ، و این که برای جریان پیدا کردن الکتریسیته یک اختلاف ولتاژ نیاز است. ممکن است مسخره به نظر برسد اما بدون داشتن دوچیز متفاوت نمی توان اختلافی هم داشت. در هر منبع تغذیه ای پایانه مثبت ولتاژی بیشتر از پایانه منفی دارد ، که دقیقا چیزی است که ما میخواهیم.  در واقع ، هنگامی که ما ولتاژ را اندازه می گیریم معمولا ولتاژ پایانه منفی را 0 ولت و ولتاژ پایانه مثبت را هر چند ولت که منبع تغذیه به ما می دهد  در نظر می گیریم.

مطلب پیشنهادی:  انتخاب سلف مناسب در طراحی مدارات الکترونیکی

منابع الکتریکی مانند پمپ هستند. پمپ ها همیشه دو طرف دارند ، یک خروجی که چیزی را به بیرون میفرستد و یک ورودی که چیزی را به درون می کشد. باتری ها و ژنراتور ها و پنل های خورشیدی نیز به همین شکل کار می کنند.

تا کنون چه یادگرفته ایم ؟

  • ولتاژ پتانسیل است ، اما الکتریسیته برای کار انجام دادن باید جریان پیدا کند .
  • الکتریسیته برای جریان پیدا کردن به یک مسیر نیاز دارد ، که باید رسانای جریان الکتریکی باشد ، مانند سیم مسی.
  • الکتریسیته از یک ولتاژ بیشتر به یک ولتاژ کمتر سرازیر می شود.
  • منابع ولتاژ DC همواره دو قطب دارند ، مثبت و منفی ، که ولتاژ قطب مثبت از قطب منفی بیشتر است.

ساده ترین مدار الکتریکی

ما بالاخره آماده ایم تا الکتریسیته را به خدمت بگیریم ! اگر قطب مثبت یک منبع ولتاژ را به چیزی که کاری انجام می دهد مانند یک دیود نور افشان (LED) متصل کنیم و پایه دیگر LED را به قطب منفی متصل کنیم ، الکتریسیته جریان پیدا خواهد کرد .  و آنگاه می توانیم در مسیر آن چیزهایی مانند LED قرار دهیم تا برای ما کار انجام دهند .

مدار الکتریکی

 این مسیر دایره ای که همیشه برای جریان پیداکردن الکتریسیته و انجام دادن کار ضروری است یک مدار نام دارد.  یک مدار مسیری است که در یک نقطه شروع میشود و در همان نقطه پایان می یابد ، که دقیقا کاریست که ما انجام میدهیم.

 

*بنجامین فرانکلین در ابتدا نوشت که الکتریسیته از سمت مثبت یک منبع ولتاژ به سمت منفی آن جریان می یابد. اما ، فرانکلین هیچ راهی برای دانستن این موضوع که الکترون ها در جهت مخالف جریان دارند نداشت – در سطح اتمی آن ها از قطب منفی بیرون می آیند و به قطب مثبت برمیگردند. بدلیل اینکه مهندسان قبل از کشف حقیقت برای چند صد سال از نوشته ی فرانکلین پیروی کردند ، ما تا به امروز نیز از همین جهت “اشتباه” رایج استفاده می کنیم. از نظر عملی این موضوع مشکلی ندارد و تا زمانی که همه از یک شیوه پیروی کنند می توانیم مداراتی بسازیم که به خوبی کار کنند. به جهت حرکت الکترون ها در مدار زیر دقت کنید.

اصول مدار های الکتریکی

مدار باز و اتصال کوتاه

“بار” یا Load چیست ؟

دلیل ساخت مدارات الکتریکی استفاده از الکتریسیته برای انجام کارهای مفید است. روش استفاده از آن قراردادن وسایلی در مدار است که با جریان الکتریکی نور ایجاد می کنند ، صدا تولید میکنند ، برنامه ای را اجرا می کنند و… این وسایل بار نامیده می شوند زیرا از منبع تغذیه انرژی میگیرند . دقیقا مانند زمانی که شما چیزی را حمل می کنید و از شما انرژی گرفته می شود. به همان شکل که ممکن است بار بیش از حد به شما تحمیل شود ممکن است که از منبع تغذیه نیز انرژی بیش از حد گرفته شود.

در قسمت بعدی آموزش تمامی مفاهیم مربوط به ولتاژ و جریان را فرا می گیرید : ولتاژ و جریان اما برای اکنون ، دو مورد خاص از مدارات را بررسی می کنیم : مدار اتصال کوتاه و مدار باز . دانستن در مورد این مدارات هنگام عیب یابی مداراتتان می تواند بسیار مفید باشد.

مطلب پیشنهادی:  آموزش لخت کردن سیم

اتصال کوتاه

این کار را انجام ندهید ، اما اگر یک سیم را مستقیما از قطب مثبت به قطب منفی یک منبع تغذیه متصل کنید مداری را به وجود آورده اید که اتصال کوتاه نامیده می شود.

اتصال کوتاه

این مدار به نظر بهترین مدار ممکن است ، پس چرا این کار درست نیست ؟ به یاد بیاورید که جریان الکتریکی می خواهد از ولتاژ بالاتر به ولتاژ کمتر جاری شود و اگر یک بار در سر راه آن بگذارید می توانید از این جریان استفاده کنید مانند روشن کردن یک LED.

اگر در مسیر جریان باری وجود داشته باشد ، شدت جریان در مدار شما به مقداری که بارتان مصرف می کند محدود می شود ، که معمولا مقدار کمی است. اما ، اگر هیچ باری در مسیر جریان قرار ندهید تا آن را محدود کند ، شدت جریان به صورت صعودی بالا می رود تا به بی نهایت نزدیک شود !

منبع تغذیه شما نمی تواند جریان بی نهایت را تامین کند ، اما تا جایی که بتواند را تامین خواهد کرد که ممکن است مقدار زیادی باشد. این امر ممکن است باعث ذوب شدن سیم ها ، آسیب به منبع تغذیه ، تخلیه شدن باتری یا موارد هیجان انگیز دیگر بشود. در اکثر مواقع منابع تغذیه یک مکانیزم امنیتی داخلی برای محدود کردن حداکثر جریان در صورت وقوع اتصال کوتاه دارند اما همیشه این طور نیست . دلیل وجود فیوز مینیاتوری در منازل نیز جلوگیری از آتش سوزی در صورت وقوع اتصال کوتاه در سیم کشی منزل است.

انتخاب مقاومت با مقدار ناصحیح

یک مورد شبیه اتصال کوتاه  که به طور اتفاقی باعث عبور جریان بیش از حد در بخشی از مدار می باشد که باعث سوختن قطعات می شود. این مورد یک اتصال کوتاه نیست اما به آن نزدیک است . این حالت معمولا موقعی اتفاق می افتد که از مقاومت با مقدار ناصحیح در مدار استفاده شود ، که اجازه عبور جریان بیش از حد از یک المان دیگر در مدار مانند یک LED را می دهد.

اتصال کوتاه مقاومت با مقدار ناصحیح در مدار

کلام آخر : اگر حس کردید که قطعات به طور ناگهانی داغ میشوند یا یک قطعه به طور ناگهانی سوخت ، سریعا منبع را خاموش کنید و بدنبال اتصال کوتاه های احتمالی بگردید.

مدار باز

حالت عکس اتصال کوتاه ، مدار باز است . این حالت مداری است که حلقه آن به طور کامل وصل نشده است (وبنابراین واقعا یک مدار نیست ) .

مدار باز

برخلاف اتصال کوتاه در این مدار چیزی آسیب نمی بیند ، اما مدار نیز کار نمی کند. اگر به تازگی کار با مدارات را شروع کرده اید ، اغلب پیدا کردن قطعی بسیار مشکل است ، مخصوصا اگر از بردبرد استفاده کنید که در آن تمامی اتصالات مخفی هستند.  اگر مدارتان کار نمی کند علت احتمالی آن مدار باز بودن است. این مشکل معمولا به دلیل یک اتصال قطع شده یا یک سیم لق ایجاد می شود. (اتصال کوتاه ها می توانند تمامی انرژی را از بقیه بخش های مدار بگیرند ، بنابراین به دنبال آن ها نیز بگردید ).

مطلب پیشنهادی:  دانلود کتاب الکترونیک فلوید انگلیسی

نکته : اگر نمی توانید به راحتی محل باز بودن مدار را پیدا کنید ، یک مولتی متر می تواند بسیار مفید باشد . اگر آن را روی حالت اندازه گیری ولتاژ تنظیم کنید ، می توانید از آن برای اندازه گیری ولتاژ در نقاط مختلف مدار متصل به منبعتان استفاده کنید و نقطه ای که ولتاژ به آن نمی رسد را پیدا کنید.

منابع برای مطالعه بیشتر

شما اکنون در ابتدایی ترین حالت فرا گرفته اید که یک مدار چیست . همچنان که به یادگیری ادامه می دهید به مدارات (مدار های ساده الکترونیکی) پیچیده تر برخورد خواهید کرد که چندین حلقه و تعداد زیادی قطعات الکترونیکی دارند. اما تمامی مدارات ، هر چقدر هم پیچیده ، از همان قوانین مدار یک حلقه ای پایه که فرا گرفتید پیروی می کنند .

سفر شما به دنیای الکترونیک تازه شروع شده است ، در زیر چندین موضوع را برای مطالعه به شما پیشنهاد می کنیم :

در اینجا چندین آموزش در مورد بعضی از رایج ترین قطعاتی که به هنگام ساخت مدارات با آن ها برخورد می کنید را مشاهده می کنید :

همچنین اگر به دنبال یک کتاب جامع و آکادمیک در مورد مدارهای الکتریکی هستید کتاب مدارهای الکتریکی هیت (مناسب باری درس مدار الکتریکی 1 و مدار الکتریکی 2 دانشگاه)و کتاب مبانی الکترونیک و الکترونیک کاربردی میتونن خیلی مفید باشن. همچنین درس های  مفاهیم پایه الکترونیک هم میتوانند برای شما مفید باشند. البته کتاب های پیشرفته تر آکادمیکی مانند مدار الکتریکی جبه دار هم در بازار مشهور است می توانید تهیه کنید.

Source : sparkfun

دیگر جلسات این آموزش

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *