أنواع المكثفات واستخداماتها ودروس مهمه

تصنف المكثفات تبعا لنوع الماده العازله طبقا للتقسيم التالى:---
مكثغات متغيره :-

وهى مكثفات ذات العازل الهوائى
وتتكون من مجموعه من الواح ثابته واخرى متغيره تعزل عن بعضها بواسطه الهواء بحيث تتغير سعه المكثف كلما تغيرت مساحه الالواح المتداخله
وتستخدم هذه المكثفات بكثره فى اجهزه استقبال الراديو لتغير تردد الاذاعه المراد سماعها

المكثفات الثابته:-

وهى مكثفات اليكتروليتيه-- مكثفات سيراميكيه-- مكثفات ميكا -- مكثفات بلاستيكيه-- مكثفات ورقيه
وهى مكثفات ذات قيمه ثابته ويعرف المكثف باسم العازل المستخدم فيه

المكثفات ذات العازل الورقى:--

تتكون من رقائق معدنيه معزوله بطبقات من الورق المشبع بالزيت او الشمع وتتراوح قيم هذه المكثفات ما بين عده آلاف من البيكروفاراد لعده ميكروفاراد ولا تستخدم فى الترددات العاليه وذلك لزياده الفقد بها ولذلك تستخدم فى الترددات المنخفضه

المكثفات ذات العازل الميكا:--

عباره عن رقائق من الميكا ورقائق معدنيه ملفوفه على بعضها لتكون مكثف متعدد الالواح بحيث يتم ربطها لتكون وحده متماسكه وتغطى بطبقه من البلاستيك من الخارج لحمايه المكثف من الرطوبه والصدمات الميكانيكيه وتتراواح قيمتها مابين 10بيكروفاراد الى عده الاف من البيكروفاراد وتستخدم
فى دوائر الرنين وتستخدم القيم الصغيره منها فى الدوائر المطبوعه

المكثفات البلاستيكيه العزل:--

وهى مكثفات تتكون من رقائق من معدنيه معزوله من البلاستيك

المكثفات السيراميكيه:--

وهى المكثفات التى تحتوى على عازل من الخزف او السيراميك وتتكون الالواح من الفضه المرشوشه على سطح السيراميك وتطلى بطبقه من الورنيش وتتميز بصغر الحجم وبقله الفقد فى الترددات العاليه
ودوار الرنينويتراوح قيمتها مابين عده بيكوفاراد ومئات البيكوفاراد

المكثفات الاليكتروليتيه :--

وهى اهم المكثفات وهى مكثفات الالمنيوم الاليكتروليتيه
ويختلف تركيب هذه المكثفات عن الانواع السابقه اذ يتكون المكثف من قطب من الالومنيوم كقطب موجب والقطب السالب من ماده اليكتروليتيه مثل بورات الالومنيومملفوفه فى شريطمن الورق اما الماده العازله فهى طبقه رقيقه جدا من اكسيد الالومنيوم وهذه المكثفات لها قطبيه محدده اذا وصلت عكس هذه القطبيه فانه تنهار 00 اى يراعى فى التوصيل القطبيه الطرف الموجب فى الموجب والسالب فى السالب وتتراوح قيمتها ما بين عده الاف من الميكروفاراد وعده ميكروفاراد وتستخدم فى دوائر ترشيح موحدات التيار المستمر وهى المكثفات التى نطلق عليها المكثفات الكيماويه
هذا للاخوه الهواه والمبتدئين( وتابع المشاركات القادمه لتوصيل المكثفات )

نستعرض سويا :

كيفية ربط المكثفات تسلسليا وتفرعيا

تجمع قيم المكثفات المربوطة تفرعياً C1+C2+C3+... في حين تختزل القيمة الإجمالية للمكثفات المربوطة تسلسلياً وفق المعادلة :

1 / (1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ...)

لنأخذ المكثفات 10µF و 22µF و 47µF ميكرو فاراد ولنربطها تفرعياً فسنحصل على :

10 + 22 + 47 = 79µF
في حين سنحصل على :

1 / (1/10 + 1/22 + 1/47 ) = 5.997 µF
عند وصلها تسلسلياً .
لاحظ أن القيمة المكافئة للمكثف في حالة الربط التسلسلي أقل من أصغر قيمة مكثف .

معادلة مبسطة لحساب سعة المكثفات المربوطة تسلسلياً . ذكرنا أن معادلة حساب السعة الكلية للمكثفات المربوطة على التسلسل هي :

1 / (1/C1 + 1/C2 +1/C3 + ...)

وهي يمكن أن تكتب بالشكل :

( C1 x C2 ) / ( C1 + C2 )

قم بتجريب ثلاث مكثفات على التسلسل . طبق المعادلة الأخيرة على أول مكثفين ثم نفذ الإجراء على القيمة المكافئة الناجمة عن المكثفين الأوليين مع المكثف الثالث وهكذا .

كيف يمكن استخدام مجموعة من المكثفات معروفة القيمة على التسلسل للحصول على قيمة مكافئة محددة ؟

استخدم المعادلة التالية للحصول على ذلك : ( C1 x C2 ) / ( C1 - C2 )

كمثال : بفرض لديك مكثف محدد القيمة هو 220PF وتريد الحصول على سعة إجمالية قدرها 68PF إذن :

( 220 x 68 ) / ( 220 - 68) = 98.4 PF

إذن استخدم مكثف سعته 100 PF .
مرة أخرى جرب استخدام ثلاث مكثفات على التسلسل ( أو أكثر من ذلك ) طبق المعادلة على أول مكثفين ثم طبق النتيجة مع المكثف الثالث وهكذا .
تذكر أن المكثفات ذات القيم المنخفضة ذات تسامح قده ±5% في حين أن المكثفات ذات القيم العالية تملك تسامحاً قدره ±10% لذلك لا تضيع كثيراً من الوقت في سبيل الحصول على مزيداً من الدقة في حسابات السعة .

خاصية هامة جداً تتعلق بالمكثفات :

المكثفات تمرر التيارات المتناوبة AC وتمنع مرور التيارات المستمرة DC . وهي خاصية ذات أهمية خاصة في الدارات الإلكترونية فهي تمكن من تمرير الإشارات المتناوبة AC أو الراديوية RF من مرحلة إلى أخرى في حين تمنع مرور المركبة المستمرة من المرحلة السابقة للدارة .

دروس في الإليكترونيات

الدرس الأول

- الجهد الكهربائي (ج) ، وحدة القياس ( ف)

- التيار الكهربائي (ت) ، وحدة القياس (أمبير)

- المقاومة (م) وحدة القياس (آوم)

- القدرة الكهربائية (ق) ، وحدة القياس (واط )



الجهد الكهربائي (المستمر)

يتكون الجهد الكهربائي أو فرق الجهد إذا كانت هناك شحنات مختلفة قطبيا (أي سالب وموجب) تنشأ جاذبية بين الشحنات المختلفة قطبيا ، كما ينشا تنافرا بين الشحنات المتساوية قطبيا . وتزيد قيمة الجهد الكهربائي كلما زاد فرق الشحنات .

علامة الجهد (ج) و وحدة قياسه فولت نسبة للعالم الإيطالي اللسندرو فولتا (1745 - 1827) ، ويقاس الجهد الكهربائي بجهاز قياس الجهد (الفولت متر) .



التيار الكهربائي (المستمر)

الجهد هو سبب أو مسبب التيار الكهربائي ودون الجهد لا يتكون تيار كهربائي . وإذا تكون جهد بين نقطتين مختلفتين في قطبية الشحنة فتشأ ضرورة للتساوي . يجري التيار الكهربائي في الدارة الكهربائية المغـلقة من القطب السالب إلى الموجب . ويسري بين المولد والمستهلك الكهربائي والأسلاك بينهم . وبالمفتاح الكهربائي يمكن قطع الدارة الكهربائية وبالتالي مجرى التيار ، أو إغلاق الدارة وبالتالي يسري التيار . علامة التيار (ت) ووحدة قياسه أمبير نسبة للعالم الفرنسي اندري أمبير (1775ــ 18836) ، ويقاس التيار الكهربائي بجهاز قياس التيار الأمبير متر .



أنها من أبسط الدارات الكهربائية ، حيث تحتوي عل بطارية كمصدر للجهد ، وكمفتاح كهربائي إذا ُأغلقت الدارة به فيجري بها التيار وبالتالي يضيء الفانوس الذي يعتبر هنا أيضا كمستهلك أوكمقاومة .

أما التخطيط الكهربائي لهذه الدارة فهو كالتالي :





المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية هي القوى التي تقاوّم التيار الكهربائي . ونوعية المادة في المقاومة الكهربائية هي التي تحدد مدى وقدرة مقاومة التيار الكهربائي .

علامة المقاومة (م) ووحدة القياس آوم نسبة للعالم الألماني (جيورج سيمون آوم (1785 - 1889) . وتقاس المقاومة الكهربائية بجهاز الآوم متر.



القدرة الكهربائية

القدرة الكهربائية أو اللإستطاعة الكهربائية هي المقياس لمجموع حاصل ضرب الجهد بالتيار (حسابيا) في وحدة زمنية ( في الثانية)، العلامة (ق) الوحدة القياسية واط نسبة للعالم الإنكليزي جمس واط (1736 - 1819) .

الدرس الثاني

- الدارات الكهربائية البسيطة

- تخطيط دارات التوالي

- قانون آوم

الدارات الكهربائية البسيطة

لقد بدأنا في الدرس الأول بالدارة الكهربائية البسيطة والمكونة من فانوس وبطارية ومفتاح كهربائي، وبما أن الفانوس هو المستهلك الرئيسي ويذلك تشكل المقاومة الرئيسية في الدارة فيعتبر مقاومة


يجري التيار الكهربائي في الدارة الكهربائية المغلقة، ويتدفق خلال الأسلاك وخلال المستهلك . والسبب الدافع لهذا الاختراق هو الكمون الكهربائي لجهد المصدر (البطارية) . أما قوة أو قيمة هذا التيار فتتعلق بقيمة الجهد ، وبقيمة مقاومة المستهلك وبجودة التوصيل في الأسلاك. أما العلاقة الحسابية بين العناصر الثلاثة ، أي الجهد والتيار والمقاومة فهي كالتالي :

إذا ضربنا قيمة التيار بقيمة المقاومة ، نحصل على الجهد ، أو بالمعادلة الآومية :

الجهد = المقاومة ? التيار ج = م X ت ( جمت - للحفظ السريع)

وبالتالي يتم حل المعادلة حسب المعطيات :




تخطيط دارات التوالي

في دارات التوالي الكهربائية يمر نفس التيار الكهربائي خلال جميع المقاومات المستهلكة ولذة تكون قيمة التيار في جميع أجزاء الدائرة نفس القيمة .

أما قيمة الجهد فتتقسم على المقاومات المستهلكة ، ولذلك تسمى دارات التوالي (مجزأ أو مقسم الجهد أيضا) ، وتساوي مجموعة قيمة الجد بقيمة جهد المصدر.

أما عملية تقسيم الجهد ، فأينما وجدت مقاومة للتيار الكهربائي في الدائرة فيكون هناك انحدارا للجهد . وتكون قيمة مجموع أجزاء الجهود المنحدرة هي نفس قيمة جهد المصدر .




المسألة الأولى : مقاومتان ، واحدة م 1 = 50 ، آوم ، والثانية م2 = 70 آوم في دائرة التوالي بجهد بطارية بقيمة 12 فولت .

- ما هي قيمة مقاومة الدائرة

- ما هي قيمة التيار

- ما هي قيمة الجهود المجزئة


وتستعمل دارات التوالي عندما يكون جهد الاحتمال لأحد العناصر الكهربائي

أقل من مجموع الجهد في الدائرة .

الدرس الثالث

- تخطيط دارات التوازي

- قانون آوم

- تخطيط دارات التوازي



أن مصطلح الدارة الكهربائية يعني أن التيار فيها يمر في دائرة واحدة (مثل دارات التوالي) ، بينما أن دارات التوازي فتتكون بأكثر من دارة تيار واحدة ، وتكون موصلة بمصدر جهد واحد ، وبالتالي تكون قيمة الجهد في جميع عناصر المقاومة واحدة . وبعبارة أخرى تكون عدة عناصر مستهلكة موصلة بنفس الجهد ويمكن تشغيلها أو وقفها بطريقة مستقلة أي كلا على حدة .

في دارات التوزي (مجزئ التيار) يتجزأ التيار الكهربائي وتساوي مجموعة قيمة التيارات بقيمة تيار مصدر الجهد .

وبما أن التيار ينقسم إلى أكثر من دائرة فتكون قيمة مجموع المقاومات حسابيا أصغر من أصغر مقاومة في الدارات ، أي تكون المعدلات الحسابية كالتالي :



وربما تظهر هذه المعدلات معقدة بعض الشيء ، لكنها تتساهل بعد بعض الممارسة ، والمفروض هو تغيير وضع المعادلة كما هو مطلوب ثم وضع الأرقام بشكل صحيح . كما أن العملية الحسابية

بحد ذاتها تقوم بها حاسبات الجيب العلمية مثل :

CASIO fx 280 B .



مثال 2 : مقاومتان موصلتان بالتوازي طبقا للشكل أعلاه ، واحدة م 1 = 1,2 كيلوآوم (1200 آوم) ، والمقاومة الثانية م2 = 680 آوم .

ما هي قيمة مجموع مقاومة لهذه الدائرة ؟
قانون آوم


يعالج قانون آوم العلاقة والارتباط بين الجهد والتيار والمقاومة الكهربائية ، وتتضمن معظم المعادلات بما فيها ما تم استعماله هذا القانون ، فلو وضعنا مقاومة متغيرة ، (مفتاح مقوم ، معيّـر مقاومة) وثبتنا القيمة المقاومة فيه ثم وصلنه بمصدر جهد قابل للتغيير ، ثم غيرنا قيمة الجهد من الصفر فصاعدا ، وخلال ذلك قمنا بقياس الجهد والتيار في المقاومة ، فسنجد أنه بارتفاع قيمة الجهد ترتفع قيمة التيار بنفس العلاقة . أي حينما تكون قيمة المقاومة ثابتة ترتفع قيمة التيار مع الجهد بشكل خطي .

وتستعمل دوائر التوازي مثلا في : مصابيح الإضاءة الصغيرة ، الأجهزة الكهربائية المنزلية ، المحركات الكهربائية التي توصل بالشبكة الكهرباء العامة لأنها تحتاج إلى نفس القيمة من الجهد ، كما توصل مولدات الجهد التي تحتاج إلى نفس القيمة من الجهد بالتوازي

الدرس الرابع



- الدوائر الكهربائية المختلطة (توالي وتوازي)

- المقاومات ، قدرتها ، وأشكالها

- المقاييس والأحجام الدولية

الدوائر المختلطة

كثيرا ما تستعمل الدوائر المزدوجة في الإليكترونيات ، دوائر التوالي ودوائر التوازي وهذه الدوائر تسمى الدوائر المختلطة أو " شبكة مقاومات" . وأبسط هذه الدوائر تتكون من ثلاثة مقاومات أنظر شكل الدوائر المختلطة.

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 609x296 and weights 7KB.

وأبسط الدارات المختلطة، هي ما يسمى بدائرة "مجزئ الجهد محمل" التي توضح مدى هبوط الجهد عندما يُحمل ، وهي دارة على التوالي ، وتحميلها يكون على التوازي . كما نمس هنا موضوع مهم جدا في الإليكترونيات ، وهو "الملائمة" (1)، وتعني ملائمة قيمة المدخل بقيمة المخرج والأساليب الكثيرة للتوصل لها سوف تعالج مستقبلا .



أن معالجة المسائل الحسابية مهمة جدا ، بل ضرورية وتسهل الفهم والاستيعاب مستقبلا ، وإن لم تجد المسائل الملائمة فيجب حل المسائل التي طرحت بجميع الطرق ، أي للجهد المقاومة التيار و للقدرة، التوازي والتوالي .

المقاومات ، قدرتها ، وأشكالها

وقبل معالجة العناصر المتأثرة بالتردد (ابتدئا من د 6) والتي أحدثت ثورة في أجهزة اللهو وعلوم الموجة والاتصال والمكثف والملف بالأضافة للترانزيستور والصمام الثنائي فلابد من التعمق بعض الشيء بعنصر المقاومة ، قدراتها ، وأشكالها :

القدرات :

مهم جدا خلال العمل أو بناء أي لوحة كهربائية ، أن تحدد القدرة المطلوبة أولا ، وعلى هذا الاساس يجب تحديد العناصر الكهربائية . وهناك الإمكانيات متاحة لجمع العناصر الضرورية ، وذو القدرة المطلوبة . وغالبا نجد المقاومات ذو 0,5 واط ، و1 واط ، أو 2 واط ، 5 أو 10 واط .

الدرس الخامس

- الجهد المتردد والتيار المتردد

- أشكال الجهد والتيار الكهربائي

- راسم الإشارة

- استعمال راسم الإشارة

الجهد والتيار المتردد (أو المتناوب)

بجانب أهمية الجهد المستمر فللجهد المتردد أيضا أهمية كبير في حقول الكهروتقنية والإليكترونيات.

من السهل استيعاب التردد في الجهد والتيار الكهربائي عندما نوصل مقياس للفولت بمصدر جهد متردد (قياسي وليس رقمي) وأن يكون الصفر وسط المؤشر ، وأن نعير التردد ليكون منخفضا قدر الإمكان ، فسنرى أن عقرب المؤشر يترنح يمينا ويسارا . وعدد هذا التأرنحات هو تناوب القطبية في الجهد ( بين الموجب والسالب) وهي عملية التردد في الثانية الواحدة ، ويسمى هرتز (عالم ألماني 1857-1894 ). وفي معظم الشبكات الكهربائية العامة في العالم تستعمل التردد 50 هرتز(الولايات المتحدة الأمريكية واليابان 60 هرتز) .

تناوب القطبية في الثانية الواحدة يسمى "التردد" ---- الوحدة القياسية تسمى هرتز

وللجهد المتردد عدة أشكال :

- جيب الزاوية أو سينوس

- مربعات ومستطيلات

- سن المنشار … الخ

"قيمة الوسط"

ويصعب في الجهد المتردد بأشكاله أن يقاس بمقياس الجهد العادي (الفولت متر) حيث أنه يعطيك ما يسمى بالقيمة الفعالة (effective)أو المتوسطة ، ويسمى أيضاً وسط حسابي ، مثل : 70% تقريباً من جهد جيب الزاوية المتردد مثلا .

أما الموجة من القمة إلى القمة نستطيع قياسها ورايتها براسم الإشارة(الأوسيلوسكوب).

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 708x427 and weights 21KB.

دورة الموجه

وللتعمق الضروري واللاحق في عدة عناصر كهربائية العناصر المتأثرة بالتردد (ابتدئا من د 6) أمثال :المكثف والملف والصمام الثنائي والترانزيستور، فلابد من معالجة الموجة الكهربائية باهتمام شديد.

لكل تردد موجة ، أي لكل هرتز دورة للموجة ، أي كل ثانية تمر الموجة كاملا ، وحسب التردد فلمرور دورة الموجة وقتا معيّنا ، ودوري يقاس زمنيا من البداية حتى نهاية التردد ويسمى "دورة الموجه" (Periode)

"دورة الموجه" = (د) الوحدة القياسية هي الثانية

_______________

راسم الإشارة

وبما أننا نعالج بعض الأعمدة المهمة في حقل الإليكترونيات ، وهو التردد ، والموجة ، والشكل فلابد من الدخول في قسم راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) ، لأن هذا جهاز ؤاسم الإشارة الذي نكتسب من خلاله معرفة هذه الأعمدة المهمة .

من الموسوعة :

راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) ، جهاز يبيّن إشارات او ذبذبات كهربائية سريعة التحوّل . في حقل الكهرباء هو أهم اجهزة القياس لأنه يبيّن المسار الزمني للجهد ، أي يظهر الشكل "الحالي" للجهود .

استعمال راسم الإشارة

راسم الإشارة

لقد سادت اللغة الإنكليزية كلغة استعمال لراسم الإشارة، ولذلك سنستعمل هنا التسميات الإنكليزية أيضا .

معظم راسمي الإشارة يكون لهم قناتان للسعة . ويستحسن معرفة قيمة الجهد المصرح للجهاز.

بعد تشغيله بنصف دقيقة تقريبا يظهر على الشاشة خط إشعاع الإضاءة ، (ويستحسن أن لا ترفع الإضاءة كثيرا حيث أنها وبمر الوقت تفسد الطبقة الضوئية على الشاشة) . وبدون إشارة جهد للقياس يتذبذب موالد المسح بطريقة مستقلة ، ويظهر خط أفقي ، يستحسن وضعه في نقطر الصفر على الخط البياني ، أي وسط الشاشة (في بعض الأجهزة لابد أن يكون مفتاح القدح TRIGGER على وضع FREE RUN أو على الوضع التلقائي AUTOMATIC وبذلك تتسهل عملية تعيير الخط) .

حدة الصورة يتم تعييرها بمفتاح FOCUS و ASTIGMATIC

في مكبس المدخل للسعة AC/DC/O يمكن وضع إشارة جهد للقياس ، وإذا كانت الإشارة تتضمن جهد مستمر فسينزاح الخط الأفقي المضيء إلى الأعلى . وإذا أردنا قياس الجهد المتردد فقط فعلينا بوضع مفتاح على وضع AC أي الجهد المتردد فقط .وبعد ظهور الإشارة فيمكن تصغير المسح عموديا للسعة بمفتاح السعة Y - AMLITUDE ، وأفقيا للزمن

بمفتاح الزمن X - AMLITUDE .

فالمفتاحان هما عاملا الضرب بالمربعات على الشاشة ، حيث إذا كانا على وضع رقم واحد معنى ذلك أن كل مربع على الشاشة يضرب بواحد ، أي إذا كانت سعة الجهد على ارتفاع مربع واحد ووضع مفتاح السعة Y - AMLITUDE على وضع رقم واحد ، فتكون قيمة الجهد واحد فولت


وإذا كان التردد على عرض مربع واحد ووضع مفتاح الزمن X - AMLITUDE على وضع رقم واحد فكل مربع يساوي واحد هرتز

الدرس السادس

- المكثف (مك) الوحدة القياسية (فاراد)

- المكثف مبدئيا

- تخزين الطاقة للمكثف

- المكثف من الموسوعة

المكثف



.المكثف مبدئيا

مبدئيا يتكون المكثف من لوحتين أو شريحتين موصليتن (قابلة للتوصيل الكهربائي ) وبينهم مادة عازلة . ولكي توضح فائدة المكثف يجب التعمق بعض الشيء في طريقة عمله . وقد ذكرنا في الدرس الأول جملة حول تفاعل المادة المشحنة : " ينشأ جاذبية بين الشحنات المختلفة قطبيا ، كما ينشا تنافر بين الشحنات المتساوية قطبيا"، ولإنشاء مجال كهربائي كهذا علينا وضع لوحتان متساويتا الحجم بالتوازي ووصلنهن بمصدر جهد (عالي بعض الشيء ، ولذلك نظريا فقط ، لأننا لو أخذنا سُمك اللوحة خمسة مليمتر فسنحتاج إلى قيمة جهد 500 فولت) وأدخلنا في الدارة مقياس تيار (أمبير متر) قياسي وليس رقمي كما أن يكون له مجال المايكرو أمبير كما يستحسن أن يكون لدارة مفتاح ، وبانغلاق الدارة نلاحظ الترنح السريع لعقرب المؤشر ، والذي يحدث خلال عملية الإغلاق هو أنه وفي وقت قصير يسري به "تيارالتشحين" ، فتتسارع الإلكترونات من للوحة إلى أخرى وبالعكس ، وبذلك تصبح اللوحتان مشحونتان بتعاكس قطبي . وهنا تكمن في المكثف كفاءة تخزين الطاقة (أي في هذه الحالة الجهد) .

تخزين الطاقة

و إمكانية تخزين الطاقة في حقول كهربائية تستغل كثيرا في الدوائر الإليكترونية . أما كثافة المكثف (كث) أي استطاعته لاستيعابه للشحنات الكهربائية ( قيمة فراد به) تتعلق بحجمه ،وبالمسافة بين اللوحتين ، وبالمادة العازلة . أما الكثافة فتحسب بكم من الأمبير لكل فولت في الثانية الواحدة وتسمية فراد نسبة لعالم الفيزياء فراداي 1791 -1867 ، وهذه القيمة للكثافة .

أنواع المكثف :

النوع القطبي (الكوبي أو الغروني) (أي مقطب ويجب الأنتباه خلال توصيله بالقطبية الصحيحة )

الغير قطبي

والنوع ذو الكثافة المتغيّرة



[IMG]:[/IMG]

من الموسوعة :

المكثف ، عنصر كهربائي يستغل لتخزين الشحنة الكهربائية ، ابسط اشكاله هو المكثف الصفا ئحي وهن صفيحتان من المعدن يكّن الفراغ بينهن هو العازل ( هواء او غشاء من الميكا او فخار ) إذا توصلت هذه الصفائح بالجهد الكهربائي تتجمع الشحنات الاجابية عالى الصفيحة الإجابية والشحنات السلبية على الصفيحة السلبية وبذلك تتحزن هذه الشحنة حتى تتفرغ . وهناك اشكال اخرى للمكثف ، منها المكثف (الكوب) ، أ, الغرواني أو ذو الموصل الكهربائي السائل له احجام مختلفة وهذا النوع اكثر استعمالا لانه يحتوي على اكبر قدر من السعة وعند استعمالة لابد من الانتباه للقطـبـيـه فيه لذك يسميه البعض بالمكثف القطبي . المكثف الورقي او مُورِق * أو المكثف المطوي * وهو مصمم من ورقتان معدنيتان تشكلا الاقطاب واما العازل بينهن بكون من الرق العازل الرقيق ويكون جميعهم مطويين .المكثف الـفخاري أو خزفي ، يصنع من خليط اكسيد الفخار الذي يسخن ويُضغط عليه ثم تُدخل الاقطاب المعدنية اليه . المكثف المتغـير (الدوار) وهو مكوّن من عضو ثابت واخر مدوار عند دورانه تتغير الطبقات المتقابلة والمشحونة فتتغير السعة . وفي الغالب يستعمل المكثف الدوار لتنقية الإذاعات في اجهزة الرديو كما يستعل في القياسات الكهربائية . ويشكل المكثف بالنسبة الى الجهد المستمر مقاومة عالية (مفاعلة سعوية) واما بالنسبة للجهد المتردد فكلما زاد التردد كلما قلت المفاعلة فيه

- الكهرومغناطيسية

- الملف (مل) الوحدة القياسية (هنري)

- المجال المغناطيسي

- المحوّل (مح)



الملف

بما أن المحوّل (1) يتكون من أكثر من ملفين فسوف لا نتعمق كثيرا في العنصرين كلا على حدا بل نعالج الاثنين معا .

الملف هو أحد المكونات المهمة للكهرباء ، وهو ليس أكثر من لفة سلك لأكثر من حلقة . وهناك الملفات الملفوفة على موصل وعازل ، وهناك مجرد ملفات "مطلقة" دون موصل .

ولو وصلنا الملف بجهد مستمر فيمر به ولوقت معيّن وقصير "تيار تساوي" ?

فيتكون خلال ذلك مجال مغناطيسي ثم يتحول إلى مقاومة دون حدود ، وتزداد قوة المجال المغناطيسي كلما ازدادت قوة التيار .

ولو وصلنا الملف بجهد متردد فيسري به تيار متردد فيتكون مجال مغناطيسي تبادلي (أي تبادل القطبية بعدد تردد الجهد) . ولو أدخل موصل حديدي أي النواة الحديدية للملف ، فيرتفع الفيض (القدرة) المغناطيسي .

- قدرة التدفق او الفيض المغناطيسي (ع)

- الوحدة القياسية (تسلا) .

(هناك حسابات ووحدات قياسية ومعدلات كثيرة ، ولاحقا سيعالج منها ما هو ضروري لدروسنا فقط ، وذلك صمن دوائر مختلة العناصر.)

ويستغل الملف للمولدات والمحركات ، للترددات العالية مثل "دارات الرنين" (Resonance)، و"المرشّحات" (Filters) ، و"المُرحّل" الكهرومغنطيسي(Relay) ، كما يستغل الملف للمحوّلات (Transformers) التي تتكون من أكثر من ملف ، وبسبب الكهرومغنطيسية ذو القوة العالية ، يستغل الملف في رفع الحمل الثقيل جدا أو للقبض والتماسك القوي (كالملزمة) .



قوة المجال المغناطيسي

ولتوضيح ما يجري خلال تكوين المجال المغناطيسي ، فلابد من الإشارة لأهمية القوة التي تنشأ من الكهرومغنطيسية. في كل مجال مغناطيسي تتكون به قوة ، وتزيد هذه القوة ارتفاعا عند زيادة التيار الكهربائي ، ولهذه القوة فوائد كبيرة ، ويمكن التحكم بها عن بعد وبإمكانيات سهلة ، يتم استغلالها للقيام بوظائف مختلفة مثل المحركات الكهربائية ، و في توجيه الإشعاعات الكهربائية في التلفزة وشاشات الحاسب …

المحوّل

من الموسوعة :

1 - المحوّل ، جهاز مركب من ملفان ، الاول (مدخل) والثاني (مخرج) والمخرج قد يكون أكثر من ملف واحد . والهدف منه رفع او إخفاض الجهد المتردد ، وذلك بأقل قدر من ضياع الطاقة . ويسبب التيار الذي يمر في ملف المدخل فيحدث حثـاً مغناطيسيا ينشأ خلاله جهد في ملف المخرج .

وأما علاقة وقيمة الجهد بين الملفين فيتمعلق يعدد اللفات في المحول.

ومبدئيا لو تم توصيل جهد متردد إلى المدخل ، فينشأ من خلاله تيار متردد في الخرج ويكون في نفس الشكل ، وبالتالي ينشأ عن طريق النواة الحديدية مجالا مغناطيسيا يتبادل بين الملف الأول والملف الثاني .

وهناك انواع واحجام مختلفة من المحولات : المحولات الصغيرة بقدرات حتى 16 واط بجهد حتى 1000 فولت وبتردد حتى 500 هرتز وتستعمل لتوليد الجهد في اجهز اللهو ، والأجهزة المنزلية ولعب الأطفال . المحولات ذو الوصلات الشبكة المنزلية بتردد 50 هرتز ، لهم مخرج واحد او اكثر يكون فيهم فصلاً كهربائياً كاملاً عن المدخل أي الملف الاول ، (230 او 110 فولت ) وتكون لهم وصلة لربط الاجهزة الكهربائية مثل الرديو ، الهاتف واجهز اخرى . المحولات المؤمنة ، هذه المحولات لابد ان تتحمل قصراً في المخرج ، وهي مصممة بطريقة تكون فيه مادة عازلة بين الجهد الأولي والجهد الثاني بحيث يتحمل الصدمات أيضا ، لها عدة مخارج 6 ، 12 ، 24 ، او 42 فولت بتردد 500 هرتز وأما جهد المدخل فتكون أقصى قيمة له 500 فولت . لمحولات الفاصلة ، يكون فيهم عزلا كهربائياً تاما ( فصل جالفاني ) بين المدخل والمخرج ولابد ان تكون مؤمنة بالعزل و ضد أي ربط المخرج بالمدخل وتستعمل لحماية الفنيين في صيانة الأجهزة . المحولات الأحادية ، بعكس باقي المحولات يكون لهذا النوع ملفا واحدا أي ليس فيهم أي عزل . محولات القياس ، وهي محولات للجهود والتيارات العالية والتي تحوّل الى جهود وتيارات منخفضة لهدف قياسها بأجهزة القياس العادية .

المُرحّل

2 - المُرحّل (Relay)، مُتابِع . صمام أو مفتاح دافع كهرمغنطيسي ، يستعمل في حقل لتعشيق دوائر يتم فيها نقل الإشارات .

يتكون المرحل من دارة مغناطيسية دافعة ومن أصابع نقاط اتصال .

أنواع الـمُرحّل :

مُرحّل أحادى التعشيق : يعود المرحل إلى حالة السكون بعد وقف التيار الدافع .

مُرحّل ثنائي التعشيق : يبقى المرحل على أخر حالة بعد وقف التيار الدافع .

مُرحّل الحيادي: وضع التعشيق أي العمل أو السكون لا يتعلق باتجاه التيار الدافع .

مُرحّل القطبي : وضع التعشيق أي العمل أو السكون يتعلق باتجاه التيار الدافع الـمُرحّل:

مكونات وطريقة العمل الكهرومغنطيسية تكون لفاته متصلة بالتيار الدافع ، ذراع مركب في الغالب على قاعدة زُمْبركية ، حيث يبتعد عن الاتصال عند توقف التيار الدافع في حالة السكون ويقترب عندما يسري التيار الدافع في حالة العمل .

أصابع الاتصال التي تقوم بتوصيل التيار الـمُرحّل:

الجهد . مثل لتعليمات وصف 60التعشيق : 3 أمبير فولت عدد أصابع الاتصال 6 جهد التعشيق : 250 فولت أقصى حد تيار أقصى حد قدرة التعشيق مم الوزن : 30 غ : 75 واط أقصى حد الحجم : 39,7 C 37,4C 10,2

العناصر الإليكترونية النصف موصلة

- الصمام الثنائي ( ديود)

- العناصر النصف موصلة

المواد النصف موصلة -

الثورة في الإليكترونيات الحديثة

للأسف أن كلمة ثورة في اللغة العربي قد ساء أستعملها ، وذلك بفرض من مَن يريد تكبير ما هو ليس كبيرا، وذلك بظلم وبحق الثورات الحقيقية والفعلية . فالترانزيستور مثلا قد أحدث ثورة فعلية . الترانزيستور الذي أحدث اختراقا هائلا في الإليكترونيات الحديثة ، والذي دونه لم تصل البشرية لما وصلت له من الإنجازات الضخمة ومن تقدم في حقول شتى ، علميا ، مدنيا ، وعسكريا وعمليا . بالأضافة أن دونه لم يتحقق التصغير للأجهزة ، ودونه لم تكن الدوائر المتكاملة أو وحدات الذاكرة بهذه الأحجام مثلا ، وبالتالي دونه لم تكن هناك وحدات المعالجة المركزية (CPU) التي تشكل الدماغ للحاسب ، ودونه يحتاج الحاسب الذي أمامنا إلى قاعة احتفال كاملة بكل ما فيها من خسارة وتبدد للمكان ، للوقت، للطاقة وللحرارة .

السليكون - العنصر الكميائي الذي أحدث الثورة

العناصر النصف موصلة

لكي يرسي في أذهاننا ما نستوعبه ويثبت بصورة دائمة ، فعلينا أن نتمعّن جيدا لما يجري من تفاعلات أو" تـنـقيط" ("Doping" تـنقيط إدخال ذرات دخيلة الى ذرات السليكون مثلا تغزى فيه قابلية التوصيل) في العناصر النصف موصلة . فالترانزيستورات بأشكالها ، والصمامات الثنائية بأشكالها، والدوائر المتكاملة بأشكالها تقع جميعها تحت هذا التصنيف (فالترانزيستور مثلا يتكون من أثـنين من الديود



المواد النصف موصلة

أن جودة التوصيل في الكهرباء عامة ، هي أهم مقياس كهربائي للمعادن ، حيث أن المواد المعدنية تنقسم لثلاثة أنواع : الموصلة ، النصف موصلة ، والعازلة . و تتميز المواد الموصلة والنصف موصلة (ذو"العامل الحراري السالب الخاص بالمقاومة") بأن مقاومة التيار فيها تقل ، وجودة توصيلها تعلو كلما انخفضت درجة الحرارة ، وفي درجة معيّنة للحرارة تزول مقاومتها كليا أي في نقطة التجميد المطلقة ( نقطة الصفر في سُلم كلفين للحرارة أي 273,15 تحت الصفر في سلم الدرجات المئوية )( الموصل الفائق Superconductor) .

أما ذو ("العامل الحراري الموجب الخاص بالمقاومة") تنخفض جودة توصيلها كلما انخفضت درجة الحرارة وتنقلب إلى مقاومة دون حدود أي إلى مادة عازلة في نقطة التجميد المطلقة .

والمقياس لهذه العناصر هو قيمة المقاومة في للمساحة فيها :

المواد الموصلة : 1,5 مايكرو آوم لسنتيمتر الواحد (في الفضة مثلا )

المواد النصف موصلة : من 0,1 ميلي آوم وحتى 1 آوم لسنتيمتر ( للسيليكون المنقط )

المواد العازلة : واحد جيجا آوم للسنتيمتر الواحد في الخشب

والمجموعة المهمة للعناصر (الكيميائية) النصف موصلة هي :

- السليكون (عنصر كيميائي فلزي رمزه (س) ، الرقم الترتيبي 14 ) (والذي أحدث الثورة في عالم الإليكترونيات وتجده في شتى رمال صحراءنا) .

- الجرمانيوم ، عنصر كيميائي فلزي رمزه (جر) ، الرقم الترتيبي 32

- الألمنيوم ، عنصر فلزي رمزه (لو) ، الرقم الترتيبي 89

- البورون ، عنصر فلزي رمزه (ب) ، الرقم الترتيبي 31

- الجاليوم ، عنصر فلزي رمزه (جا) ، الرقم الترتيبي 3 …..

وإذا اقتربت منطقتان من المواد النصف موصلة تختلف فيهن قوة التوصيل فتتكون بينهن حدود ، ما يسمى بمنطقة "اجتياز إيجابي - سلبي" أو عملية نشر (Diffusion) . وبتأثير التحرك الحراري للجزئيات تتنقل الشحنات السالبة (الإليكترونات) فيه من منطقة (التوصيل) السالبة إلى المنطقة (التوصيل)الإيجابية ، وتتنقل الشحنات الإنجابية (الثقوب) من المنطقة الإيجابية الى منطقة السالبة .

وتـنقسم المكونات النصف موصلة إلى مجموعتين الأولى أحادية القطبية والذي يسري بها التيار فيها خلال منطقة واحدة فقط ، والثانية هي ثنائية القطبية ، حيث يسري التيار خلال في عدة مناطق فيها .



الصمام الثـنائي ( الثنائي DIODE) النصف موصل

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 703x437 and weights 28KB.

من الموسوعة :

صمام ثنائي ، عنصر كهربائية له وصلتان : وصلة إيجابية المصعد ( أنود ) ، ووصلة سلبية المهبط (كاتود) ، يسري به معظم التيار باتجاه واحد ، وإذا تم توصيله بالاتجاه الأمامي أي الموجب بالموجب فيسري به تيار وقيمته تتعلق بالدائرة والمكونات الكهربائية الأخرى فهيا، وإذا تم توصيله بالاتجاه الخلفي فيتكون الجهد في الثنائي فقط ويسري به تيار ذو قيمة ضئيلة جدا ، ما يسمى بتيار "الحجز" . وفي التوصيل الأمامي تبدأ قيمة التيار بالارتفاع عندما تصل قيمة الجهد الموصل من 0,5 حتى 0,7 فولت ( ما يسمى بجهد الفتح أو الهَوِيس أي بوابة) .

أنواع الثنائي :

الثنائي العام (universal) ويستغل الثنائي لكثير من الوظائف مثل : كاشف (وهي علمية تقويم أيضا) ، أو كمعدل للترددات العالية .

ثنائي القدرة العالية ( ?الوظائف) ، وثنائيات القدرة التي تستغل في تقويم الجهد المتردد في الشبكة العامة حيث يحوّل الجهد من متردد إلى مستمر ، وهذا يستغل أيضا في كثر من الوظائف مثل الحماية ، فكثيرا من الدوائر في الأجهزة المنزلية مثلا يتم حمايتها من البريق بالثنائي ، كما يستعمل الثنائي في تثبيت الجهود المستعملة .

ثنائي التعـشيق (يعمل كمفتاح كهربائي) ، والذي يستعمل في التقنية الرقمية ، ولتحويل الجهد المتردد إلى الجهد المستمر (التقويم) .

الثنائي النفـقي (الذي يستغل تياره لتوليد الذبذبة )

الثنائي ذو الطبقات الأربع والذي يستعمل في التقنية الرقمية

ثنائي شوتكي (Hot-carrier-Diode) وثنائي القذيفة والذي يستعملا في الترددات العالية (جهد الفتح به 0,4 فولت) ( موجات المايكرو في نطاق جيجا هرتز) وفي التقنية الرقمية أيضا.

ثنائي الزينر ، يثبت قيمة الجهد (حسب المعـطيات) ،ويحدد بذلك قيمة الجهد في الدارة ، وهو ثنائي من مادة السيليكون تـتم فيه عملية الاختراق في الاتجاه المعاكس . ويوصل ثنائي الزينر في الاتجاه الأمامي مثل أي ثنائي سيليكون عادي .

الثنائي المصدر للضوء (LED light emitting diode ) ثنائي باعث مصدر الضوء ، يتم تشغيله بالاتجاه الأمامي من المواد الضوئية النصف موصلة ، التي تحول الطاقة الكهربائية الى طاقة إشعاعية ، وهو مثل باقي الثنائيات له طبقة P (طبقة موجبة) وطبقة N (طبقة سالبة)ولكن تنقيط طبقة N يكون اكثر بكثير، عند سير التيار تتحرك الإلكترونات عبر الطبقة العازلة الى طبقة ال P والاثقاب إلى طبقة N ثم يعودوا لتلائُم وتخرج بذلك طاقة ضوئية . ويخترق الأشياع في الغالب من المنطقة رقيقة جداً (1,5 مايكرومتر) بين الطبقة العازلة وطبقة P ويستخلص من :



المواد اللون طول الموجة (بالنانومتر)

جاليوم النتروجين أزرق 450

جاليوم الفوسفور( نتروجين) أخضر 555

جاليوم زرنيخ الفسفور(تتزوجين) أصفر 590

جاليوم زرنيخ الفسفور(تتزوجين) برتقالي 625

جاليوم زرنيخ الفسفور أحمر 655

جاليوم الزرنيخ(الزنك) تحت الحمراء 900

جاليوم الزرنيخ(السليكون ) تحت الحمراء 930

(ولكي لا يتعدى الجهد المتردد بالاتجاه المعاكس قيمة الجهد المصرح فلابد من توصيل ثنائي عادي أو إضافة ثنائي ضوئي آخر بالتوازي )