در این مقاله به مطالعه مبانی کوتاه اما مفید درمورد سه المان اصلی و کاربردی مقاومت، خازن و سلف می پردازیم.
این سه قطعه جزو اولین های دنیای فیزیک الکتریسیته محسوب می شوند و تمامی پیشرفت های دنیای الکترونیک در قطعات را مدیون آنها هستیم. اکثریت قطعات پیچیده و ساده الکترونیکی را می توان با ترکیبی از این سه المان معادل کرد. پس ما از مقاومت ها، خازن ها و سلف ها به عنوان الفبای الکترونیک و مدار های الکتریکی یاد می کنیم.
مدارات الکترونیکی چیست؟
مدارات الکترونیکی به سیستمها و ساختارهایی گفته میشود که از اجزای الکترونیکی مانند مقاومت، خازن، سلف، ترانزیستور و دیود تشکیل شده‌اند و برای انجام عملیات خاصی روی سیگنال‌های الکتریکی طراحی شده‌اند. این عملیات می‌تواند شامل تقویت سیگنال، پردازش داده‌ها، انتقال و ذخیره‌سازی اطلاعات، تولید سیگنال، و کنترل باشد.
این مدارات روی بردهای الکترونیکی چاپ میشوند. برد الکترونیکی، یا همان برد مدار چاپی (Printed Circuit Board – PCB)، یک صفحه مسطح است که برای نگهداری و اتصال اجزای الکترونیکی طراحی و تولید میشود. این برد از یک لایه یا چندین لایه مسی تشکیل شده که به صورت مسیریابی شده روی صفحه قرار دارند و وظیفه انتقال جریان الکتریکی بین اجزای مختلف را دارند.
مقاومت چیست؟
برای ورود به مباحث المان ها و بردهای الکتریکی احتمالا اولین و پر استفاده ترین اسمی که به گوشتان بخورد همین مقاومت یا رزیستور است. د رداسخ به اینکه مقاومت چیست میتوان گفت وظیفه کلی این المان مخالفت در برابر جریان الکتریکی است. این قطعه رسانایی با قدرت کنترل عبور جریان است که باعث میشود استفاده زیادی در ورودی های برد یا قطعات مهم تر داشته باشد. درواقع ویژگی به خصوص این قطعه تبدیل انرژی الکتریکی به گرما و ثابت نگه‌داشتن ولتاژ برای یک جریان خاص است.
واحد اندازه گیری مقاومت اهم است و مقدار مقاومت بسته به طول، سطح مقطع، دما و البته جنس آن تغییر می کند و می تواند از صفر اهم تا چند مگا اهم متغیر باشد. این المان از قانون اهم پیروی می کند که اگر مایل به کسب اطلاعات بیشتر در مورد قانون اهم هستید حتما این مقاله را بخوانید.
مقدار مقاومت ها یا به صورت عددی یا به صورت نوار های رنگی روی آنها مشخص شده است که در هر دو صورت میتوانیم با مولتی متر و تست روی حالت اهم متر، مقدار آن را بسنجیم. مقاومت در اکثریت مدارات با R نشان داده می شود. بسیاری از مقاومت‌ها دارای نوارهای رنگی هستند که مقدار مقاومت و تحمل آن را نشان می‌دهند. نوارها معمولاً از چپ به راست خوانده میشوند. یک مقاومت معمولاً دارای ۴ تا ۶ نوار رنگی است:
دو نوار اول: نشان‌دهنده مقدار مقاومت
نوار سوم: نشان‌دهنده ضریب
نوار چهارم: نشان‌دهنده تحمل (Tolerence)
رنگ | عدد |
سیاه | ۰ |
قهوه‌ای | ۱ |
قرمز | ۲ |
نارنجی | ۳ |
زرد | ۴ |
سبز | ۵ |
آبی | ۶ |
بنفش | ۷ |
خاکستری | ۸ |
سفید | ۹ |
مثال:
برای یک مقاومت با نوارهای رنگی: قهوه‌ای، سیاه، قرمز، طلایی
قهوه‌ای (۱): اولین عدد
سیاه (۰): دومین عدد
قرمز (×۱۰۰): ضریب
طلایی (±۵%): تحمل
محاسبه مقدار مقاومت به صورت زیر است:
مقدار اولیه: ۱۰ (قهوه‌ای و سیاه)
ضرب: ۱۰ × ۱۰۰ = ۱۰۰۰ ohm (1 kΩ)
تحمل: ±۵% یعنی مقدار واقعی می‌تواند بین ۹۵۰Ω و ۱۰۵۰Ω باشد.
خازن چیست؟
در تعریف اینکه خازن چیست ؟ میتوان گفت خازن یک قطعه‌ی الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را به شکل میدان الکتریکی ذخیره می‌کند. خازن‌ها از دو صفحه رسانا تشکیل شده‌اند که با فاصله از یکدیگر قرار دارند و بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار می‌گیرد. نقش این عایق ایجاد فاصله بین دو صفحه و جلوگیری از تماس مستقیم آنها و در نتیجه افزایش ظرفیت خازن است. جنس این عایق بسته به کاربرد خازن متفاوت است و می تواند از سرامیک ،هوا یا پلاستیک تشکیل شده باشد.
وقتی ولتاژ به خازن اعمال میشود بار الکترون در صفحات جابجا میشود. یکی از صفحات منفی و صفحه دیگر مثبت می شوند و این باعث تولید میدان الکتریکی و افزایش میل به ذخیره کردن ولتاژ در خازن می شود. هدف از این ذخیره کردن ایجاد تاخیر در تغییرات ولتاژ می باشد.
ظرفیت خازن با واحد فاراد و توسط مولتی متر یا آر ال سی متر اندازه گیری میشود.ظرفیت خازن به عواملی مانند مساحت صفحات، فاصله بین صفحات و ضریب دی الکتریک ماده بین صفحات بستگی دارد. هرچه مساحت صفحات بیشتر و فاصله بین آنها کمتر باشد، ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود.
خازن دارای انواع متفاوتی از جمله خازن سرامیکی، الکترولیتی، تانتالیومی، عدسی و … است. هر خازن بسته به نوع آن توانایی تحمل ولتاژ خاصی دارد و اعمال ولتاژ بیشتر می تواند باعث سوختن آن شود. خازن در مدار اکثرا با نمادC نشان داده می شود.
سلف چیست؟
اولین سوال که لازم است پاسخ داده شود این است، سلف چیست ؟ سلف یا سیم پیچ نیز از قطعات بسیار پرکاربرد در مدارهای الکتریکی می باشد و شامل یک قطعه با هسته یا پایهی عایق می باشد که سیمی عایق به طول مشخص را به دور آن می پیچند. عبور جریان از این سیم موجب تولید میدان مغناطیسی می شود و می تواند از تغییر ناگهانی جریان جلوگیری و یا حتی آنرا تقویت کند.
هر سلف با توجه به جنس و استفادهای که دارد از ضریب خودالقایی خاصی برخوردار است که این ضریب قدرت مقاومت در برابر جریان و تولید میدان مغناطیسی را نشان می دهد.
سلف در مدار با نماد L نشان داده می شود و واحد اندازه گیری ظرفیت آن هانری می باشد.
شما می توانید این سه قطعه مقاومت و سلف و خازن را تقریبا در تمامی مدارات الکترونیکی و یا در مدار معادل آنها ببینید. اما وجه اشتراک مهم این سه المان چیست؟
پاسخ‌دهی به تغییرات جریان و ولتاژ: هر یک از این عناصر به نوعی در برابر تغییرات ناگهانی جریان و ولتاژ مقاومت می‌کنند.
مقاومت: محدود کردن جریان بدون تأثیر بر فرکانس.
خازن: جلوگیری از تغییرات سریع ولتاژ.
سلف: جلوگیری از تغییرات سریع جریان.
توانایی ذخیره انرژی:
مقاومت انرژی را به گرما تبدیل می‌کند و به سرعت انرژی را از دست می‌دهد.
خازن انرژی را به شکل الکتریکی ذخیره می‌کند.
سلف انرژی را به شکل مغناطیسی ذخیره می‌کند.
رفتار فرکانسی:
مقاومت تأثیر مستقیمی روی فرکانس ندارد، ولی با جریان رابطه خطی دارد.
خازن در فرکانس‌های بالا، به جریان بیشتری اجازه عبور می‌دهد (رفتار کوتاه‌مدت در فرکانس بالا).
سلف در فرکانس‌های بالا، در برابر عبور جریان مقاومت می‌کند (رفتار باز در فرکانس بالا).
