إن التعرف على أساسيات الإلكترونيات يعني فهم الدوائر وكيفية عملها وكيفية حساب أشياء مثل المقاومة الكلية حول أنواع مختلفة من الدوائر. يمكن أن تصبح دوائر العالم الحقيقي معقدة ، ولكن يمكنك فهمها بالمعرفة الأساسية التي تلتقطها من الدوائر المثالية الأبسط.
النوعان الرئيسيان من الدوائر هما سلسلة ومتوازية. في دائرة متسلسلة ، يتم ترتيب جميع المكونات (مثل المقاومات) في خط ، مع حلقة واحدة من الأسلاك تشكل الدائرة. تنقسم الدائرة المتوازية إلى مسارات متعددة مع مكون واحد أو أكثر في كل منها. يعد حساب الدوائر التسلسلية أمرًا سهلاً ، ولكن من المهم فهم الاختلافات وكيفية التعامل مع كلا النوعين.
أساسيات الدوائر الكهربائية
تتدفق الكهرباء فقط في الدوائر. بمعنى آخر ، يحتاج إلى حلقة كاملة لكي يعمل شيء ما. إذا كسرت هذه الحلقة بمفتاح ، تتوقف الطاقة عن التدفق ، وينطفئ الضوء (على سبيل المثال). التعريف البسيط للدائرة هو حلقة مغلقة من الموصل يمكن للإلكترونات أن تنتقل حولها ، وتتكون عادة من قوة مصدر (بطارية ، على سبيل المثال) ومكون أو جهاز كهربائي (مثل المقاوم أو المصباح الكهربائي) وسلك موصل.
ستحتاج إلى التعرف على بعض المصطلحات الأساسية لفهم كيفية عمل الدوائر ، لكنك ستكون على دراية بمعظم المصطلحات من الحياة اليومية.
"فرق الجهد" هو مصطلح يشير إلى الفرق في طاقة الوضع الكهربائي بين مكانين ، لكل وحدة شحنة. تعمل البطاريات من خلال إحداث فرق في الجهد بين طرفيها ، مما يسمح للتيار بالتدفق من أحدهما إلى الآخر عند توصيلهما في دائرة. الجهد عند نقطة ما هو تقنيًا الجهد ، لكن الاختلافات في الجهد هي الشيء المهم في الممارسة. بطارية 5 فولت لها فرق جهد 5 فولت بين الطرفين ، و 1 فولت = 1 جول لكل كولوم.
يؤدي توصيل موصل (مثل السلك) بكلا طرفي البطارية إلى إنشاء دائرة كهربائية يتدفق حولها تيار كهربائي. يقاس التيار بالأمبير ، وهو ما يعني كولوم (الشحنة) في الثانية.
سيكون لأي موصل "مقاومة" كهربائية ، مما يعني مقاومة المادة لتدفق التيار. تُقاس المقاومة بالأوم (Ω) ، ويسمح موصل بمقاومة 1 أوم متصل عبر جهد 1 فولت بتدفق تيار 1 أمبير.
العلاقة بين هذه مغلفة في قانون أوم:
V = IR
بالكلمات ، "الجهد يساوي التيار مضروبًا في المقاومة".
المسلسلات مقابل. الدوائر المتوازية
يتم تمييز النوعين الرئيسيين من الدوائر من خلال كيفية ترتيب المكونات فيها.
تعريف بسيط للدائرة التسلسلية هو ، "دائرة بها مكونات مرتبة في خط مستقيم ، بحيث يتدفق كل التيار عبر كل مكون بدوره." إذا لقد أنشأت دائرة حلقة أساسية ببطارية متصلة بمقاومين ، ثم يكون لديك اتصال يعمل مرة أخرى بالبطارية ، سيكون المقاوماتان في مسلسل. لذا فإن التيار سوف ينتقل من الطرف الموجب للبطارية (حسب الاصطلاح ، فإنك تتعامل مع التيار كما لو كان من الطرف الموجب) إلى المقاوم الأول ، من ذلك إلى المقاوم الثاني ثم يعود إلى البطارية.
الدائرة المتوازية مختلفة. تنقسم الدائرة ذات المقاومتين المتوازيتين إلى مسارين ، مع وجود المقاوم في كل منهما. عندما يصل التيار إلى مفترق طرق ، يجب أن يغادر نفس مقدار التيار الذي يدخل التقاطع التقاطع أيضًا. وهذا ما يسمى حفظ الشحنة ، أو على وجه التحديد للإلكترونيات ، قانون كيرشوف الحالي. إذا كان للمسارين مقاومة متساوية ، فإن تيارًا متساويًا سيتدفق أسفلهما ، لذلك إذا وصل تيار 6 أمبير إلى تقاطع بمقاومة متساوية على كلا المسارين ، فإن 3 أمبير ستتدفق لأسفل كل منهما. ثم تنضم المسارات مرة أخرى قبل إعادة الاتصال بالبطارية لإكمال الدائرة.
حساب المقاومة لدائرة متسلسلة
يؤكد حساب المقاومة الإجمالية من مقاومات متعددة على التمييز بين المتسلسلة مقابل المقاومات المتعددة. دوائر متوازية. بالنسبة لدائرة متسلسلة ، المقاومة الكلية (رمجموع) هو مجرد مجموع المقاومة الفردية ، لذلك:
R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
حقيقة أنها دائرة متسلسلة تعني أن المقاومة الكلية على المسار هي مجرد مجموع المقاومة الفردية عليها.
بالنسبة لمسألة الممارسة ، تخيل دائرة متسلسلة بثلاث مقاومات:ر1 = 2 Ω, ر2 = 4 Ω ور3 = 6 Ω. احسب المقاومة الكلية في الدائرة.
هذا ببساطة هو مجموع المقاومة الفردية ، لذا فإن الحل هو:
\ تبدأ {محاذاة} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 \\ & = 2 \؛ أوميغا + 4 \; أوميغا +6 \; \ أوميغا \ & = 12 \ ؛ \ أوميغا \ نهاية {محاذاة}
حساب المقاومة لدائرة موازية
بالنسبة للدوائر المتوازية ، يتم حسابرمجموع أكثر تعقيدًا بعض الشيء. الصيغة هي:
{1 \ أعلى {2pt} R_ {total}} = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3}
تذكر أن هذه الصيغة تمنحك مقلوب المقاومة (أي واحد مقسومًا على المقاومة). لذلك تحتاج إلى قسمة واحد على الإجابة للحصول على المقاومة الكلية.
تخيل أن هذه المقاومات الثلاثة نفسها كانت مرتبة بالتوازي بدلاً من ذلك. ستعطى المقاومة الإجمالية من خلال:
\ start {align} {1 \ above {2pt} R_ {total}} & = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3} \\ & = {1 \ أعلى {2pt} 2 \؛ Ω} + {1 \ أعلى {2pt} 4 \ ؛ Ω} + {1 \ أعلى {2pt} 6 \ ؛ Ω} \\ & = {6 \ أعلى {2pt} 12 \ ؛ Ω} + {3 \ أعلى {2pt} 12 \ ؛ Ω} + {2 \ أعلى {2pt} 12 \ ؛ Ω} \\ & = {11 \ أعلى {2pt} 12Ω} \\ & = 0.917 \؛ Ω ^ {- 1} \ end {align}
لكن هذا 1 /رمجموعإذن الجواب هو:
\ start {align} \ R_ {total} & = {1 \ above {2pt} 0.917 \؛ Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \ أوميغا \ نهاية {محاذاة}
كيفية حل سلسلة ومتوازية الدارة
يمكنك تقسيم جميع الدوائر إلى مجموعات من الدوائر المتسلسلة والمتوازية. قد يحتوي فرع الدائرة المتوازية على ثلاثة مكونات متسلسلة ، ويمكن أن تتكون الدائرة من سلسلة من ثلاثة أقسام متوازية ومتفرعة على التوالي.
حل مشاكل مثل هذا يعني فقط تقسيم الدائرة إلى أقسام والعمل عليها بالتبعية. فكر في مثال بسيط ، حيث توجد ثلاثة فروع في دائرة متوازية ، لكن أحد هذه الفروع به سلسلة من ثلاث مقاومات متصلة.
الحيلة لحل المشكلة هي دمج حساب المقاومة التسلسلي في الحساب الأكبر للدائرة بأكملها. بالنسبة للدائرة المتوازية ، يجب عليك استخدام التعبير:
{1 \ أعلى {2pt} R_ {total}} = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3}
لكن الفرع الأول ،ر1، يتكون في الواقع من ثلاثة مقاومات مختلفة في سلسلة. لذلك إذا ركزت على هذا أولاً ، فأنت تعلم أن:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6
تخيل ذلكر4 = 12 Ω, ر5 = 5 Ω ور6 = 3 Ω. المقاومة الكلية هي:
\ تبدأ {محاذاة} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 \\ & = 12 \؛ أوميغا + 5 \; أوميغا + 3 \; \ أوميغا \ & = 20 \ ؛ \ أوميغا \ نهاية {محاذاة}
بهذه النتيجة للفرع الأول ، يمكنك الانتقال إلى المشكلة الرئيسية. مع وجود مقاوم واحد على كل من المسارات المتبقية ، قل ذلكر2 = 40 Ω ور3 = 10 Ω. يمكنك الآن حساب:
\ start {align} {1 \ above {2pt} R_ {total}} & = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3} \\ & = {1 \ أعلى {2pt} 20 \؛ Ω} + {1 \ أعلى {2pt} 40 \ ؛ Ω} + {1 \ أعلى {2pt} 10 \ ؛ Ω} \\ & = {2 \ أعلى {2pt} 40 \ ؛ Ω} + {1 \ أعلى {2pt} 40 \ ؛ Ω} + {4 \ أعلى {2pt} 40 \ ؛ Ω} \\ & = {7 \ أعلى {2pt} 40 \ ؛ Ω}\\ &= 0.175 \; Ω ^ {- 1} \ end {align}
إذن هذا يعنى:
\ start {align} \ R_ {total} & = {1 \ above {2pt} 0.175 \؛ Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \ أوميغا \ نهاية {محاذاة}
حسابات أخرى
من الأسهل حساب المقاومة في دارة تسلسلية أكثر من حساب دارة متوازية ، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا. معادلات السعة (ج) في الدوائر المتسلسلة والمتوازية تعمل بشكل أساسي في الاتجاه المعاكس. بالنسبة لدائرة متسلسلة ، لديك معادلة لمقلوب السعة ، لذا فأنت تحسب السعة الكلية (جمجموع) مع:
{1 \ أعلى {2pt} C_ {total}} = {1 \ above {2pt} C_1} + {1 \ above {2pt} C_2} + {1 \ above {2pt} C_3} + ...
وبعد ذلك عليك قسمة واحد على هذه النتيجة للعثور عليهجمجموع.
بالنسبة للدائرة المتوازية ، لديك معادلة أبسط:
C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
ومع ذلك ، فإن النهج الأساسي لحل المشكلات المتعلقة بالسلسلة مقابل. الدوائر المتوازية هي نفسها.