پیغام مدیر :
با سلام خدمت شما بازديدكننده گرامي ، خوش آمدید به سایت من . لطفا براي هرچه بهتر شدن مطالب اين وب سایت ، ما را از نظرات و پيشنهادات خود آگاه سازيد و به ما را در بهتر شدن كيفيت مطالب ياري کنید.
ســـــــلام دوستـان ادرس جــدیـــد وب ســـایـت
نوشته شده در پنج شنبه 23 آبان 1392
بازدید : 980
نویسنده : smail emadi taj



سلام دوستان هنرجو
نوشته شده در جمعه 17 آبان 1392
بازدید : 1016
نویسنده : smail emadi taj

سلام دوستان هنرجو ...

امید وارم از مطالب وبلاگ خوشتون امده باشه...

لطفا نظرتون درباره ی مطالب و فایل ها بگویید تا ما هر چه شما می خواهید فراهم کنیم......




نوشته شده در یک شنبه 12 آبان 1392
بازدید : 1026
نویسنده : smail emadi taj



دیود
نوشته شده در یک شنبه 12 آبان 1392
بازدید : 335
نویسنده : smail emadi taj

دیود (به انگلیسی: Diode)‏، (نام‌های دیگر:دوقطبی الکتریکی، یکسوساز) قطعه‌ای است الکترونیکی دو سر است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌دهد (در این حالت مقاومت دیود ایده آل صفر است) و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی (در حد بینهایت) نشان می‌دهد. این خاصیت دیود باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه هم اطلاق شود. در حال حاضر رایج ترین نوع دیود از بلور مواد نیمه رسانا ساخته می شود. لوله های خلا که اولین دیودها بودند امروزه فقط در تکنولوژی هایی که در ولتاژ بالا کار می کنند استفاده می‌شوند.

مهمترین کاربرد دیود عبور دادن جریان در یک جهت (به انگلیسی: diode's forward direction)‏ و ممانعت در برابر عبور جریان در جهت مخالف (به انگلیسی: reverse direction)‏ است. در نتیجه می‌توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می شود.

از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی جریان را از خود عبور می دهد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌باشد (برای دیودهای سیلیکون). اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیری در رفتار سایر المانهای مدار نمیگذارد. هرچه جنس کریستال به کار رفته در ساخت دیود از نظر ساختار منظم تر باشد، دیود مرغوبتر و جریان نشتی کمتر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیود های با تکنولوژی جدید عملا به صفر میل می کند. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می‌سوزد (کریستال ذوب می شود) و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست دیود گفته می‌شود.

کریستال مربعی شکل نیمه رسانا در دیود
اشکال مختلف دیودها پائین: پل یکسو کننده دیودی

ولتاژ شکست معکوس دیود

چنان چه ولتاژ معکوس دیود را تا حد مشخصی افزایش دهیم جریان معکوس دیود به طور ناگهانی شروع به افزایش سریع می نماید.پدیده ای که در این حالت رخ می دهد را پدیده شکست و ولتاژی که در آن این پدیده آغاز می شود را ولتاژ شکست معکوس دیود گویند و با VBR نمایش می دهند.ولتاژ شکست دیود به ساختمان پیوند P-N و غلظت ناخالصی آن به نحو نسبتاً شناخته شده ای بستگی دارد؛شکست دیود می تواند حاصل یکی از دو پدیده ی ضرب بهمنی و شکست زنر می باشد. احتمال وقوع پدیده ی ضرب بهمنی در دیودهای سیلیکنی که ولتاژشکست آنها بیش از 6ولت است بیشتر می باشد.در حالی که شکست زنر به صورت پدیده ی غالب،تنها در دیودهایی با ولتاز شکست کمتر از 6ولت یافت می شود.

پدیده شکست ضرب بهمنی

می دانیم که در بایاس معکوس پیوند P-N، با ازدیاد ولتاژ معکوس دیود عرض ناحیه ی تهی بیشتر می شود و همچنین شدت میدان الکتریکی در این ناحیه افزایش می یابد.در این حالت حامل های اقلیت در واقع در سراشیبی سد پتانسیل ناشی از پتانسیل داخلی و ولتاژ معکوس اعمال شده قرار گرفته و سرعت آنها به شدت افزایش می یابد. این حاملها با شتاب گرفتن خود می توانند با اتم های سیلیکن واقع در ناحیه تهی برخورد نموده و ضمن شکستن پیوندهای کووالان آن ها تعدادی حامل جدید آزاد نمایند.حامل های جدید نیز تحت تأثیر میدان الکتریکی زیاد در ناحیه تهی قرار گرفته و پس از برخورد با اتم های دیگر،حامل های بیشتری را از پیوند کووالان آنها جدا می سازند. بنابراین تعداد حامل هایی که می توانند در ایجاد جریان دخالت کنند به طور ناگهانی افزایش یافته و باعث ازدیاد سریع جریان می شوند. این پدیده را شکست ضرب بهمنی می نامند.

پدیده شکست زنر

پدیده دیگری که ممکن است باعث ایجاد شکست در مشخصه ولتاژ-جریان دیود شود به پدیده زنر معروف است. تشریح این پدیده به این صورت است که با ازدیاد ولتاژ معکوس دیود شدت میدان الکتریکی در ناحیه تهی ممکن است به حدی برسد که بتواند مستقیماً پیوندهای کووالان اتم های سیلیکن این ناحیه را شکسته و الکترون های زیادی را آزاد نماید.در این حالت جدا شدن الکترون ها ناشی از برخورد سایر الکترون ها با آنها نیست بلکه ناشی از تأثیر مستقیم میدان الکتریکی ناحیه تهی بر آنها ست.

مقاومت دیود

با توجه به غیرخطی بودن مشخصه دیود،دو نوع مقاومت می توان برای دیود تعریف نمود.این مقاومت ها عبارتند از مقاومت استاتیکی(Rs)و مقاومت دینامیکی (rd)

دسته بندی دیودها

در این بخش پنج دسته مهم از انواع دیودهامعرفی می شوند.

دیود زنر

ولتاژ دو سر دیود تقریبا ثابت بوده و تغییر جریان در ان تأثیری ندارد. دیودهایی که به منظور استفاده در ناحیه شکست معکوس ساخته شده اند به دیود زنر معروف هستند. البته این که این دیودها را زنر می نامند بدان مفهوم نیست که پدیده ضرب بهمنی در آنها صورت نمی گیرد،بلکه هر دو پدیده می توانند در ایجاد شکست در این دیودها نقش داشته باشند. ولتاژ شکست این نوع دیودها را ولتاژ زنر نیز می نامند و با vz نمایش می دهند. مقدار ولتاژ شکست در دیود زنر به میزان چگالی ناخالصی بستگی دارد. با افزایش چگالی ناخالصی ولتاژ شکست دیود کاهش می یابد. دیودهای زنر تجارتی با ولتاژ زنر از 2/4 تا 200 ولت و تا توان های حدود 100 وات ساخته می شود.


چون دیود زنر باید به صورت معکوس بایاس شود کاتد آن به قطب مثبت منبع ولتاژ و آند آن به قطب منفی وصل می شود. در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود. معمولاً کارخانه سازنده یک جریان حداقل Ik و یک جریان حداکثر مشخص می نماید که تغییرات جریان دیود زنر باید به آن محدود شود.قابل توجه است ک مشخصه دیود زنر در حالت بایاس مستقیم مشابه دیود ها ی معمولی است. از دیود زنر جهت تثبیت ولتاژ در تنظیم کننده های ولتاژ استفاده می شود.

دیود خازنی

هرگاه یک پیوند P-N به صورت معکوس بایاس می شود،در حوالی پیوند یک ناحیه تهی و یا بار فضایی متشکل ار بارهای ساکن مثبت در طرف N و بارهای ساکن منفی در طرف P به وجود می آید. با توجه به این که در نواحی خنثای P و N، حاملهای بار الکتریکی آزاد بوده و همانند هادی عمل می کنند، می توان پیوند P-N را در این حالت به صورت خازنی مدلسازی نمود که در آن،نواحی خنثی همانند دو جوشن خازن،ناحیه تهی (همانند دی الکتریک) را در میان گرفته اند.

C\cong \frac{\varepsilon A}{W}

در رابطه ی فوق C ظرفیت خازن ناحیه تهی، A سطح مقطع پیوند، ε ضریب دی الکتریک ناحیه تهی که بستگی به جنس بلور و نحوه توزیع بار در این ناحیه دارد و W عرض ناحیه تهی می باشد. چون عرض ناحیه تهی با افزایش ولتاژ معکوس پیوند تغییر می کند،بنابراین خازن پیوند را می توان به عنوان یک خازن متغییر با ولتاژ در نظر گرفت. ناگفته نماند که وقتی از رابطه ی فوق برای محاسبه ظرفیت خازنی استفاده می کنیم در حقیقت فرض یکنواخت بودن میدان در دی الکتریک را پذیرفته ایم. می توان نشان داد که برای یک پیوند P-N با چگالی ناخالصی یکنواخت، ظرفیت خازنی ناحیه تهی با ولتاژ معکوس دو سر دیود به صورت زیر ارتباط دارد.

C=C_0 (1+\frac{V_r}{V_0})^{\frac{-1}{2}}

در این رابطه V0 اختلاف پتانسیل تماس پیوند است و

C_0 =[\frac{q\varepsilon \times NA \times ND}{2V_0(NA+ND)}]^{\frac{1}{2}}

ظرفیت خازنی دیودهای سیگنال معمولی در حدود چند پیکوفاراد است. دیودهایی که منحصراً جهت استفاده به عنوان یک خازن متغییر ساخته می شوند به دیود خازنی یا دیود ورکتور مشهور هستند. این گونه دیود ها همیشه به صورت معکوس بایاس می شوند. دیود های خازنی معمولاً از جنس سیلیکن و برای ظرفیت های نامی تا 2500pf ساخته می شوند. از دیود خازنی برای تنظیم ولتاز مدارهای تشدید LC در نوسان سازها و نیز در مدارهای مدولاسیون فرکانس استفاده می شود.

 

دیود تونلی

تفاوت اساسی ساختمان دیود تونلی با دیودهای معمولی در چگالی بسیار بالای ناخالصی در نیمه هادیهای نوع P و N به کار رفته در آن است. چون عرض ناحیه تهی با با چگالی ناخالصی نسبت عکس دارد. بنابراین در دیود تونلی عرض ناحیه تهی بسیار کم بوده و در حدود 0.01 دیودهای معمولی می باشد. این دیود در ولتاژهای معکوس و ولتاژهای مستقیم کوچک دارای مقاومت بسیار کوچکی است. از ویژگی های بارز دیود تونلی داشتن مقاومت منفی در بخشی از مشخصه اش می باشد. از این ویژگی دیود تونلی می توان قیمت ارزان، اغتشاش کم،سرعت زیاد و توان مصرفی کم آن را نام برد.

 

دیود نورانی(LED)

دیودهای نورانی معمولاً از بلور نیمه هادی گالیم-آرسنیک ساخته می شوند. در این بلور بازده ترکیب مجدد الکترون آزاد و حفره بسیار بیشتر از بلورهای سیلیکن یا ژرمانیم است. نکته دیگر در مورد این بلور آن است که آزاد شدن انرژی در هر ترکیب مجدد به صورت تابش یک فوتون نوری است. در بلورهای سیلیکن و ژرمانیم این انرژی به شکل دما تلف می شود. مشخصه دیودهای نورانی مشابه دیودهای معمولی است. تنها،تفاوت در ولتاژ آستانه هدایت است که در دیودهای نورانی مادون قرمز تا سبز مقدار آن از 1/4 تا 2/9 ولت تغییر می کند. دیودهای نورانی به صورت مسقیم بایاس می شوند. با افزایش جریان مستقیم،تولید فوتون های نوری زیادتر شده و در نتیجه شدت نور تابشی افزایش می یابد. امروزه دیودهای نورانی برای نورهای قرمز، زرد، سبز و مادون قرمز ساخته شده اند. دیود های نورانی در نمایشگرهای دیجیتالی برای نشان دادن اعداد و یاحروف مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله موارد مهم کاربرد دیودهای نورانی مادون قرمز، مخابرات فیبر نوری است.

دیود نوری

در این نوع دیود،شدت جریان معکوس تقریباً متناسب با شدت نور تابش شده به سطح آن می باشد.این نوع دیود در واقع یک پیوند P-N معمولی است که در داخل یک پوشش پلاستیکی که یک طرف آن شفاف می باشد قرار گرفته است. دیود نوری به صورت معکوس بایاس می شود. با تابش فوتون های نوری به محل پیوند و جذب این فوتون ها توسط الکترونهای پیوندهای کوالان اتمهای نیمه هادی،به میزان حاملهای اقلیت افزوده شدهو جریان این حامل ها تشدید می شود. معمولاً مشخصه ولتاژ-جریان دیودهای نوری توسط کارخانه سازنده داده می شود. در این مشخصه ها تغییرات جریان معکوس دیود بر حسب ولتاژ معکوس دو سر آن به ازای مقادیر مختلف شارنوری نمایش داده می شود.

کاربرد

مهم‌ترین کاربرد عملی دیود تبدیل جریان الکتریکی متناوب به مستقیم است. در بسیاری از آداپتورها جریان برقی که بوسیله ترانس کاهش پیدا کرده‌است به کمک یک دیود (یکسو سازی نیم موج)، دو دیود ( در ترانس با ثانویه سه سر ) یکسوسازی تمام موج و یا با چهار دیود ( در ترانس با ثانویه دو سر ) یکسو سازی تمام موج انجام می شود . توجه داشته باشید که ولتاز یکسویه پس از این دیود ها، فرکانس ریپل به میزان دو برابر فرکانس متناوب ( در حالت تمام موج ) را دارد و جهت مستقیم شدن کامل ولتاز بایستی خازن صافی با ولتاژ مجاز، ظرفیت بالا ( با توجه به مقدار جریان مصرفی ) و با رعایت پلاریته و بعد از پل دیود نصب شود.

در گیرنده‌های ای ام (مانند رادیو در باند اس دبلیو و آی ام و سیگنال تصویر تلویزیون آنالوگ) دیود نقش آشکارساز را دارد بطوری که سیگنال میانی (آی اف) پس از تقویت در بخش تقویت فرکانس میانی وارد یک دیود می‌شود و خروجی آن سیگنال نهایی قابل استفاده‌است. گرچه معمولا به جای دیود از ترانزیستور استفاده می شود تا یک طبقه تقویت صورت گرفته باشد و دیود بیس-امیتر ترانزیستور عملا کار آشکار سازی را هم انجام خواهد داد.

در موارد خاص هنگامی که برای روشن کردن وسایل الکتریکی تنها دسترسی به جریان الکتریکی مستقیم باشد برای جلوگیری از سوختن وسیله الکتریکی بر اثر اتصال معکوس سیم مثبت و منفی، از یک دیود در ابتدای مسیر جریان برق استفاده می‌کنند. اگر این دیود در مسیر مثبت جریان با مصرف کننده در حالت سری باشد به آن دیود رکتیفایر می گویند. ولی اگر بصورت موازی با مصرف کننده و به شکل معکوس قرار گرفته باشد به آن دیود محافظ در بایاس معکوس می گویند. از نوعی دیود به نام زنر در ساخت نوعی رگولاتور(تنظیم کننده ولتاژ) استفاده می شود.

محدودیت های کاربردی دیود

در کاربرد دیودهای پیوندی نیز همانند سایر تجهیزات الکترونیکی با محدودیت هایی مواجه هستیم.آشنایی با این محدودیت ها طراح را در انتخاب دیودی که بتواند شرایط مورد نیاز مدار دلخواهش را برآورده سازد،یاری می نماید.از محدودیت های عمده دیود حداکثر جریان،حداکثر ولتاژ،حداکثر توان قابل اتلاف5 و سرعت قطع و وصل آن را می توان نام برد که در ادامه به شرح آنها می پردازیم.

حداکثر جریان و ولتاژ دیود

حداکثر جریانی که دیود می تواند ازخودعبوردهدبه جنس وسطح مقطع دیودبستگی داردومعمولا کارخانه سازنده حداکثرجریان مستقیم وحداکثر جریان معکوس دیودرامشخص می کند .همچنین حداکثر ولتاژمستقیم ومعکوس دیودتوسط سازنده داده می شود.باید توجه داشت که مقادیر داده شده مربوط به اتاق برای بدنه دیود هستند.

حداکثر توان قابل تلف دیود

از جمله عواملی که می تواند باعث خرابی یک قطعه الکترونیکی شود، بالارفتن دما از یک حد مجاز است. درقطعهه‌ای مقاومتی همان طور که می دانیم توان مصرفی به صورت حرارت ظاهر می شود که باید به نحو منا سبی بامحیط اطراف مبا دله شود. هر چه تبادل حرارت با محیط بیشتر باشد مشکلات ناشی از افزایش دما کمتر می شود. قطعه هایی که دارای سطح خارجی بیشتری هستند بهتر می توانند این تبادل حرارتی را انجام دهند. به همین دلیل مقاومتها و یا دیودهایی که توان نامی بزرگتری دارند در اندازه های فیزیکی بزرگتری ساخته می شوند. همچنین جنس موادی که در ساختمان قطعه بکار می رود در این امر تاثیر به سزایی دارد. در دیودهای پیوندی افزایش بیش ازحد دما می تواند باعث تغییر خواص بلور از قبیل تغییرni، u، p و....گردد، یا به علت یکنواخت نبودن ضریب انبساط حرارتی تغییرات مکانیکی در ساختمان آن به وجود آورد. همچنین ذوب شدن لحیم هایی که در اتصالات به کار رفته ممکن است باعث خرابی دیود شود. درحالی که دیودهای ژرمانیم حداکثر 75 تا 100 درجه سانتیگراد را می توانند تحمل کنند، دیودهای سیلسیکن تا حدود 200 درجه سانتیگراد قابل استفاده می باشند. برای افزایش قابلیت انتقال حرارت می توان ازعوامل کمکی ازقبیل گرما خور، عبور مایعات و عبور جریانهای هوا توسط پنکه استفاده می شود. در هر صورت باتوجه به وضعیت و شرایط نصب، هر دیود توان حداکثری خواهد داشت که آن را با   P_d^{\text{max}} نمایش می دهند. بنابراین ولتاژ و جریان مجاز دیود در رابطه زیر صدق کند:

 V_d \cdot I_d \le P_d^{\text{max}}

از آنجا که   P_d^{\text{max}} برای هر دیود توسط کارخانه سازنده داده می شود، می توان با کمک ترسیم در صفحه مختصات ولتاژ-جریان دیود و باتوجه به نامساوی بالا نواحی مجاز تغییرات جریان و ولتاژ دیود را مشخص نمود. دراستفاده از دیودها باید این نکته را درنظر داشت که توان   P_d^{\text{max}} که توسط کارخانه سازنده داده می‌شود معمولا در دمای محیط (   25^{\circ}  \text{C} ) است. با بالا رفتن دما توان قابل اتلاف نیز کاهش می یابد.

سرعت قطع و وصل دیود

در مدارهای کلید یا مدارهای منطقی معمولاً با قطع و وصل دیود سر وکار داریم.در این موارد باید به محدودیت سرعت قطع و وصل دیود توجه نموده و با توجه به فرکانس قطع و وصل مورد نظر،دیود مناسب را انتخاب نمود.

مشخصه‌های مهم دیود

از مشخصه‌های مهم دیود مقادیر حدی ولتاژ و جریان قابل تحمل توسط آن است که می‌توان آن‌ها را در کتابچه‌های فنی دیود پیدا کرد از جمله: [۱]

  • جریان متوسط یا If که بیشینهٔ مقدار مجاز جریان در بایاس مستقیم است توسط آمپرمتر دی‌سی قابل اندازه‌گیری خواهد بود.
  • جریان ماکسیمم یا IM که بیشترین جریانی است که اگر با فواصل زمانی زمانی ۱۰‌میلی‌ثانیه‌ای به دیود اعمال گردد به دیود آسیبی نخواهد رسید و می‌توان به آن ماکسیمم جریان تکراری نیز گفت.
  • ماکسیمم جریان لحظه‌ای غیر تکراری یا IFSM[۲] بیشینهٔ جریانی است که دیود در فواصل زمانی کوتاه تنها برای یک بار می‌تواند تحمل کند.
  • ماکسیمم ولتاژ معکوس تکراری یا VRRM بیشینهٔ ولتاژی است که در بایاس معکوس به دیود آسیبی نخواهد رساند.
  • ماکسیمم ولتاژ معکوس غیر تکراری یا VRSM[۳] بیشینهٔ ولتاژ لحظه‌ای قابل تحمل برای دیود در بایاس معکوس است.

:: موضوعات مرتبط: دیود , ,



ترانزیستور
نوشته شده در یک شنبه 12 آبان 1392
بازدید : 380
نویسنده : smail emadi taj

ترانزیستور یکی از مهمترین قطعات الکترونیکی می‌باشد. ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می‌شود. یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای پیوند نوع N و پیوند نوع P می‌باشد.

ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET). اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بین ورودی وترمینال مشترک رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می‌دهد، از اینرو سبب کنترل جریان بین آنها می‌شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آن بستگی دارد. لغت «ترانزیستور» به نوع اتصال نقطه‌ای آن اشاره دارد، اما انی سمبل قدیمی با سمبل‌هایی را کردند که اختلاف ساختار ترانزیستور دوقطبی را به صورت دقیقتر نشان می‌داد، اما این ایده خیلی زود رها شد. در مدارهای آنالوگ، ترانزیستورها در تقویت کننده‌ها استفاده می‌شوند، (تقویت کننده‌های جریان مستقیم، تقویت کننده‌های صدا، تقویت کننده‌های امواج رادیویی) و منابع تغذیه تنظیم شده خطی. همچنین از ترانزیستورها در مدارات دیجیتال بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شود، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت بهم پیوسته در مدارات مجتمع یکپارچه بکار می‌روند. مداراهای دیجیتال شامل گیت‌های منطقی، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، میکروپروسسورها و پردازنده‌های سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند. ترانزیستور می‌تواند به عنوان سوییچ نیز کار کند. ترانزستور سه پایه دارد.

ساختمان ترانزیستور

BJT از اتصال سه لایه بلور نیمه هادی تشکیل می‌شود. لایه وسطی بیس(base)، و دو لایه جانبی، یکی امیتر(emitter) و دیگری کلکتور(collector) نام دارد. نوع بلور بیس، با نوع بلورهای امیتر و کلکتور متفاوت است.معمولاً میزان ناخالصی در امیتر بیشتر از دو لایه دیگر وهمچنین عرض لایه بیس کمتر و عرض لایه کلکتور بیشتر از لایه های دیگر است.[۱] دریک ترانزیستور دوقطبی، لایه امیتر یا گسیلنده بیشترین مقدار ناخالصی را دارد. که الکترونها از امیتر به سوی لایه کلکتور که ناخالصی کمتری دارد، گسیل داده می شود.[۲]

اهمیت

ترانزیستور از سوی بسیاری بعنوان یکی از بزرگترین اختراعات در تاریخ نوین مطرح شده‌است، در رتبه بندی از لحاظ اهمیت در کنار ماشین چاپ، خودرو و ارتباطات الکترونیکی و الکتریکی قرار دارد. ترانزیستور عنصر فعال کلیدی در الکترونیک مدرن است. اهمیت ترانزیستور در جامعه امروز متکی به قابلیت آن برای تولید انبوه که از یک فرایند (ساخت) کاملاً اتوماتیک که قیمت تمام شده هر ترانزیستور در آن بسیار ناچیز است استفاده می‌کند. اگرچه میلیون‌ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفاده می‌شوند ولی اکثریت آنها به صورت مدار مجتمع (اغلب به صورت مختصر IC و همچنین میکرو چیپ یا به صورت ساده چیپ نامیده می‌شوند) همراه با دیودها، مقاومت‌ها، خازن‌ها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می‌شوند. یک گیت منطقی حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال ۲۰۰۶ که می‌تواند از بیش از ۷/۱ میلیون ترانزیستور استفاده کند (ماسفت‌ها)[۱]. قیمت کم، انعطاف پذیری و اطمینان از ترانزیستور یک قطعه همه کاره برای وظایف غیرمکانیکی مثل محاسبه دیجیتال ساخته‌است. مدارات ترانزیستوری به خوبی جایگزین دستگاه‌های کنترل ادوات و ماشین‌ها شده‌اند. استفاده از یک میکروکنترلر استاندارد و نوشتن یک برنامه رایانه‌ای که عمل کنترل را انجام می‌دهد اغلب ارزان تر و موثرتر از طراحی مکانیکی معادل آن می‌باشد. بعلت قیمت کم ترانزیستورها و ازاینرو رایانه‌ها گرایشی برای دیجیتال کردن اطلاعات وجود دارد. با رایانه‌های دیجیتالی که توانایی جستجوی سریع، دسته بندی و پردازش اطلاعات دیجیتال را ارائه می‌کنند، تلاش بیشتری برای دیجیتال کردن اطلاعات شده‌است. در نتیجه امروزه داده‌های رسانه‌ای بیشتری به دیجیتال تبدیل می‌شوند، در پایان توسط رایانه تبدیل شده و به صورت آنالوگ در اختیار قرار می‌گیرد. تلویزیون، رادیو و روزنامه‌ها چیزهایی هستند که تحت تاثیر این انقلاب دیجیتال واقع شده‌اند.

مزایای ترانزیستورها بر لامپ‌های خلاء

قبل از گسترش ترانزیستورها، لامپ‌های خلاء (یا در UK لامپ‌های ترمیونیک یا فقط لامپ‌ها) قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند. مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با لامپ‌های خلاء سابق در بیشتر کاربردها را داد در زیر آمده‌است: اندازه کوچک تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ‌های خلاء) تولید کاملاً اتوماتیک هزینه کمتر (در حجم تولید) امکان ولتاژ کاری پایین تر (اما لامپ‌های خلاء در ولتاژهای بالاتر می‌توانند کار کنند) نداشتن دوره گرم شدن (بیشتر لامپ‌های خلاء به ۱۰ تا ۶۰ ثانیه زمان برای عملکرد صحیح نیاز دارند) تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی، ولتاژ اشباع خیلی پایین) قابلیت اطمینان بالاتر و سختی فیزیکی بیشتر(اگرچه لامپ‌های خلاء از نظر الکتریکی مقاوم ترند. همچنین لامپ خلاء در برابر پالس‌های الکترومغناطیسی هسته‌ای (NEMP) وتخلیه الکترو استاتیکی (ESD) مقاوم ترند عمر خیلی بیشتر (قطب منفی لامپ خلاء سرانجام ازبین می‌رود و خلاء آن می‌تواند آلوده بشود) فراهم آوردن دستگاه‌های مکمل (امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلاء قطبی معادل نوع مثبت BJTها و نوع مثبت FETها در دسترس نیست) قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستورهای قدرت بریای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ‌های خلاء برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند) میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می‌تواند با خصوصیات لامپ خلاء تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده‌های گیتار شرکت کند).

تاریخچه

نماد ترانزیستوردر یک پیاده رودر دانشگاه آویرو ، کشور پرتغال

اولین حق ثبت اختراع ترانزیستور اثرمیدان در سال ۱۹۲۸ در آلمان توسط فیزیک دانی به نامJulius Edgar Lilienfeld ثبت شد، اما او هیچ مقاله‌ای در باره قطعه‌اش چاپ نکرد و این سه ثبت اختراع از طرف صنعت نادیده گرفته شد. در سال ۱۹۳۴ فیزیکدان آلمانی دکتر Oskar Heil ترانزیستور اثر میدان دیگری را به ثبت رساند. هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این قطعه ساخته شده‌است، اما بعداً کارهایی در دهه ۱۹۹۰ نشان داد که یکی از طرح‌های Lilienfeld کار کرده و گین قابل توجه‌ای داده‌است. اوراق قانونی از آزمایشگاه‌های ثبت اختراع بل نشان می‌دهد که Shockley و Pearson یک نسخه قابل استفاده از اختراع Lilienfeld ساخته‌اند، در حالی که آنها هیچگاه این را در تحقیقات و مقالات خود ذکر نکردند. ترانزیستورهای دیگر، در ۲۳ دسامبر ۱۹47 Wiliam Shockley, John Bardeen و Walter Brattain موفق به ساخت اولین ترانزیستور اتصال نقطه‌ای در آزمایشگاه بل شدند. این کار با تلاش‌های زمان جنگ برای تولید دیودهای مخلوط کننده ژرمانیم خالص «کریستال» ادامه یافت، این دیودها در واحدهای رادار بعنوان عنصر میکسر فرکانس در گیرنده‌های میکروموج استفاده می‌شد. یک پروژه موازی دیودهای ژرمانیم در دانشگاه Purdue موفق شد کریستال‌های نیمه هادی ژرمانیم را با کیفیت خوب که در آزمایشگاه‌های بل استفاده می‌شد را تولید کند. سرعت سوئیچ تکنولوژی لامپی اولیه برای این کار کافی نبود، همین تیم Bell را سوق داد تا از دیودهای حالت جامد به جای آن استفاده کنند. آنها با دانشی که در دست داشتند شروع به طراحی سه قطبی نیمه هادی کردند، اما دریافتند که کار ساده‌ای نیست. Bardeen سرانجام یک شاخه جدید فیزیک سطحی را برای محاسبه رفتار عجیبی که دیده بودند ایجاد کرد و سرانجام Brattain و Bardeen موفق به ساخت یک قطعه کاری شدند. آزمایشگاه‌های تلفن بل به یک اسم کلی برای اختراع جدید نیاز داشتند: «سه قطبی نیمه هادی»، «سه قطبی جامد»، «سه قطبی اجزاء سطحی»، «سه قطبی کریستال» و «لاتاتورن» که همه مطرح شده بودند، اما «ترانزیستور» که توسط John R. Pierce ابداع شده بود، برنده یک قرعه کشی داخلی شد. اساس وبنیاد این اسم در یاداشت فنی بعدی شرکت رای گیری شد: ترانزیستور، این یک ترکیب مختصر از کلمات «ترانسکانداکتانس» یا «انتقال» و «مقاومت متغیر» است. این قطعه منطقاً متعلق به خانواده مقاومت متغیر می‌باشد و یک امپدانس انتقال یا گین دارد بنابراین این اسم یک ترکیب توصیفی است. -آزمایشگاه‌های تلفن بل- یاداشت فنی(۲۸ می۱۹۴۸) در آن زمان تصور می‌شد که این قطعه مثل دو لامپ خلاء است. لامپ‌های خلاء هدایت انتقالی دارند بنابراین ترانزیستور مقاومت انتقالی دارد. و این اسم می‌بایست متناسب با نام دیگر قطعات مثل وریستور، ترمیستور باشد. و نام ترانزیستور پیشنهاد شد.

بل فوراً ترانزیستور تک اتصالی را جزء تولیدات انحصاری شرکت Western Electric، شهر Allentown در ایالت Pennsylvania قرار داد. نخستین ترانزیستورهای گیرنده‌های رادیو AM در معرض نمایش قرار گرفتند، اما در واقع فقط در سطح آزمایشگاهی بودند. به هر حال در سال ۱۹50 Shockley یک نوع کاملاً متفاوت ترانزیستور را ارائه داد که به ترانزیستور اتصال دوقطبی معروف شد. اگرچه اصول کاری این قطعه با ترانزیستور تک اتصالی کاملاً فرق می‌کند، قطعه‌ای است که امروزه به عنوان ترانزیستور شناخته می‌شود. پروانه تولید این قطعه نیز به تعدادی از شرکت‌های الکترونیک شامل Texas Instrument که تعداد محدودی رادیو ترانزیستوری بعنوان ابزار فروش تولید می‌کرد داده شد. ترانزیستورهای اولیه از نظر شیمیایی ناپایدار بودند و فقط برای کاربردهای فرکانس و توان پایین مناسب بودند، اما همینکه طراحی ترانزیستور توسعه یافت این مشکلات نیز کم کم رفع شدند. اگرچه اغلب نادرست به Sony نسبت داده می‌شود، ولی اولین رادیو ترانزیستوری تجاری Regency TR-1 بود که توسط Regency Division از I.D.E.A (گروه مهنسی توصعه صنعتی) شهر Indianapolis ایالت Indiana ساخته شده و در ۱۸ اکتبر ۱۹۵۴ اعلام شد. آین رادیو در نوامبر ۱۹۵۴ به قیمت ۹۵/۴۹ دلار(معادل با ۳۶۱ دلار در سال ۲۰۰۵) به فروش گذاشته شد و تعداد ۱۵۰۰۰۰ از آن به فروش رفت. این رادیو از ۴ ترانزیستور استفاده می‌کرد وبا یک باتری ۵/۲۲ ولتی راه اندازی می‌شد. هنگامیکه Masaru Ibuka، موسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می‌کرد آزمایشگاه‌های بل ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستورهایی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را اعلام کرده بودند. Ibuka مجوز خرید ۵۰۰۰۰ دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال ۱۹۵۵ رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد.بعد از دو دهه ترانزیستورها به تدریج جای لامپ‌های خلاء را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعدها امکان تولید دستگاه‌های جدیدی از قبیل [مدارات مجتمع] و رایانه‌های شخصی را فراهم آوردند. از Shockley, Bardeen و Brattian بخاطر تحقیقاتشان در مورد نیمه هادی‌ها وکشف اثر ترانزیستر با جایزه نوبل فیزیک قدردانی شد.

کاربرد

ترانزیستور دارای ۳ ناحیه کاری می‌باشد. ناحیه قطع/ناحیه فعال(کاری یا خطی)/ناحیه اشباع ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد. اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می‌کند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای می‌رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت می‌گویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد. ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در مدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و... استفاده کرد. و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و... استفاده کرد. به جرات می‌توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

عملکرد

ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان‌های دیگر مانند مقاومتها و... جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

انواع

دو دسته مهم از ترانزیستورها ترانزیستور دوقطبی پیوندی (BJT) (Bipolar Junction Transistors) و ترانزیستور اثر میدان (FET) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثر میدان نیز خود به دو دستهٔ ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JFET) و ماسفتها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.

ترانزیستور دوقطبی پیوندی

نوشتار اصلی: ترانزیستور دوقطبی پیوندی

در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت وخازن و... در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستوراستفاده می‌کنند.

ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JFET)

در ترانزیستورهای ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JFET) در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دو پایه سورس و درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر می‌دانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type. از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند. نواحی کار این ترانزستورها شامل «فعال» و «اشباع» و «ترایود» است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

انواع ترانزیستور پیوندی:

pnp

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعهٔ pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه‌است. یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور. به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است. دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفاً دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم. میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.

امیتر که به شدت آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.

بازسازی اولین ترانزیستور جهان

طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کار pnp هم دقیقاً مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند. حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.

الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مؤلفه بسیار کوچک است.

شیوهٔ اتصال ترانزیستورها:

اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است. جهت های انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.

اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است. این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.

اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالباً به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.

ترانزیستور اثر میدان FET

این ترانزیستورها نیز مانند Jfetها عمل می‌کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است. همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا به راحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.

به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده می‌کنند Bicmos می‌گویند.

البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند. بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می‌روند AMB

ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی - فت

ترانزیستور اثر میدانی (فت) - FET همانگونه که از نام این المام مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ گونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی‌گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.

فت دارای سه پایه با نامهای درِین D - سورس S و گیت G است که پایه گیت، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می‌نماید. فت‌ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند. در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می‌کند. FETها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می‌گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.

نوع دیگر ترانزیستورهای اثر می‌دانی MOSFETها هستند (ترانزیستور اثر می‌دانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor) یکی از اساسی‌ترین مزیت‌های ماسفت‌ها نویز کمتر آنها در مدار است.

فت‌ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر، نخست پایه گیت را پیدا می‌کنیم. یعنی پایه‌ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می‌توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.


:: موضوعات مرتبط: ترانزیستور , ,



خازن
نوشته شده در یک شنبه 12 آبان 1392
بازدید : 436
نویسنده : smail emadi taj

خازن یا انباره عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم می‌شوند.

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.

با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

ظرفیت خازن

ظرفیت معیاری برای اندازه‌گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. باید گفت که ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی‌ست و به ساختمان خازن وابسته‌است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. ۱ فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌باشد. بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد (µF)، نانوفاراد (nF) و پیکوفاراد (pF) واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.

C = kvarepsilon _0 frac{A}{d}

در این رابطه:

  • C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد
  • Q = بار ذخیره شده برحسب کولن
  • V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
  • ε0 = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: 8.85 	imes 10^{-12}  frac{C^2}{N.m^2}
  • k (بدون یکا) = ثابت دی‌الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن ۱
  • A = سطح خازن بر حسب m^2
  • d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر(m)

چند نکته

  • آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.
  • بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد.
  • ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد.
  • ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی‌الکتریک (K) نسبت مستقیم دارد.

ساختمان خازن

یک نمایش ساده از خازنی با صفحه‌های موازی

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

  • صفحات هادی
  • عایق بین هادیها (دی‌الکتریک)

هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی‌الکتریک) از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی‌الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی‌الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال، ضریب دی‌الکتریک هوا ۱ و ضریب دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

انواع خازن

خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه کلی ثابت و متغیر تقسیم‌بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند.

خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی‌الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام‌گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی، میکا، ورقه‌ای (کاغذی و پلاستیکی)، الکترولیتی، روغنی، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی‌الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

  • خازنهای ثابت:
    • سرامیکی
    • خازنهای ورقه‌ای
    • خازنهای میکا
    • خازنهای الکترولیتی
    • آلومینیومی
    • تانتالیوم

خازنهای سرامیکی

خازن سرامیکی (به انگلیسی: Ceramic capacitor)‏ معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی‌الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی‌الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولاً بین ۵ پیکوفاراد تا ۱/۰ میکروفاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و بسامد کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها، برای دی‌الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازنهای کاغذی

دی‌الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی‌الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی‌الکتریک درون کاغذ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی‌الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی‌الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی‌الکتریک‌هایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (به انگلیسی: Polystyrene)‏ است، از این رو به این خازنها «پلی استر» گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم بسامد کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگاهرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 0/01 تا ۱ میکروفاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

خازنهای الکترولیتی

یک نمونه خازن الکترولیت رایج

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکروفاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، خازن شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی، علامت – نوشته شده‌است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده‌است. خازن‌های الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند. یکی از کاربردهای گسترده این نوع خازن استفاده در مدار یکسوساز دیودی بعنوان فیلتر dc است.

خازن آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده‌است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید بر روی آن ایجاد می‌شود «آند» نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود. زیاد بودن ثابت دی‌الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا ۳ برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

  • ابعاد کوچکتر
  • جریان نشتی کمتر
  • عمر کارکرد طولانی

از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند
  • نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس‌ترند
  • قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند
  • خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا ۳۳۰ میکرو فاراد ساخته می‌شوند)

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: «فاصله صفحات»، «سطح صفحات» و «نوع دی‌الکتریک». اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی‌الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود «واریابل» نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن «تریمر» گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

در مدارات تیونینگ رادیویی از این خازن‌ها استفاده می‌شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می‌شود. ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم، این عمل به کمک مقاومت انجام می‌شود.

  • خازنهای متغیر
    • واریابل
    • تریمر

خازن‌های تریمر

خازن‌های تریمر خازن‌های متغیر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن‌ها از حدود ۱ تا ۱۰۰ پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خازن‌ها معمولاً دارای ۳ پایه هستند که نوع ۲ پایه عملاً فرقی در مونتاژ ندارد.

انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها

  • خازن مسطح (خازن تخت)
  • خازن کروی
  • خازن استوانه‌ای

خازن مسطح

خازنهای مسطح از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی‌الکتریک قرار دارد تشکیل می‌شوند. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی‌الکتریک این نوع خازن‌ها انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی‌الکتریک می‌نامند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند.

انواع خازن‌ها بر اساس دی‌الکتریک آن‌ها

مواد به کار رفته در خازن. از چپ: سرامیک چندلایه، دیسک سرامیکی، فیلم پلی‌استر چندلایه، سرامیکی لوله‌ای، یونولیت، فیلم پلی‌استر متالیزه‌شده، الکترولیتی آلمینیوم.
  • خازن کاغذی
  • خازن الکترونیکی
  • خازن سرامیکی
  • خازن متغیر

کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ

در مدارهای دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کنندهٔ انرژی استفاده می‌کنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دشارژ می‌شود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن (جداساختن) دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می‌شود. خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه ورود یا خروج می‌دهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می‌کند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی‌دهد.

شارژ یا پر کردن یک خازن

یک مدار خازنی-مقاومتی ساده که چگونگی شارژ خازن را نمایش می‌دهد.

وقتی که یک خازن بی‌بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترون‌ها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی وجود اینکه کلید همچنان بسته‌است، ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده‌است.

دشارژ یا تخلیه یک خازن

ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده‌است.

تأثیر ماده دی‌الکتریک

وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتم‌های عایقی که در بین صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دوقطبی‌های موجود در عایق طوری شکل‌گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمع یابند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند، بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق، بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی‌الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی‌الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد.

میدان الکتریکی درون خازن تخت

در فضای بین صفحات خازن باردار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد و از فرمول زیر بدست می‌آید:

E=frac{V}{d}

که در آن:

  • E: میدان الکتریکی
  • V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن
  • d: فاصله بین دو صفحه خازن

میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد.

به هم بستن خازنها

خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند:

  1. موازی
  2. متوالی (سری)

بستن خازنها به روش موازی

خازن‌هایی که موازی به هم متصل شده‌اند.

در بستن به روش موازی، بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این روش:

  • اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است.
  • بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها.

ظرفیت معادل در حالت موازی

با فرض اینکه سه خازن به نام‌های ۱، ۲ و ۳ در اختیار داشته باشیم:

V = V_1 = V_2 = V_3
Q = Q_1 + Q_2 + Q_3

(Q:بار کل دو خازن است)

CV = C_1V_1 + C_2V_2 + C_3V_3

ظرفیت کل:

C = C_1 + C_2 + C_3

اندیسها مربوط به خازنهای ۱ ؛ ۲ و ۳ می‌باشد.

بنابراین هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازن‌ها.

بستن خازنها بصورت متوالی

بستن خازن‌ها به صورت سری.

در بستن به روش متوالی بین خازن‌ها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده و از مولد بار دریافت می‌کند؛ صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق متوالی:

  • بارهای روی صفحات هر خازن یکی است.
  • اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازن‌ها.

_(در حالت متوالی بین 2 خازن، ولتاژ دو برابر و میکرو فاراد تقسیم بر دو میشود مثلا دو خازن 25v 1000uF داریم. و اگر بطور متوالی به یکدیگر اتصال دهیم، میشود: 50v 500uF )

ظرفیت معادل در حالت متوالی

بار کل:

Q = Q_1 = Q_2 = Q_3

اختلاف پتانسیل کل:

V = V_1 + V_2 + V_3

frac{q}{C} = frac{q_1}{C_1} + frac{q_2}{C_2} + frac{q_3}{C_3}

frac{1}{C} = frac{1}{C_1} + frac{1}{C_2} + frac{1}{C_3}

بنابراین وارون ظرفیت معادل در حالت متوالی، برابر است با مجموع وارون ظرفیت هریک از خازن‌ها.

انرژی ذخیره شده در خازن

پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کاری که در فرآیند پر شدن خازن (شارژ) انجام می‌شود را می‌توان محاسبه نمود.

کد رنگی خازن‌ها

در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌دهند و رنگ چهارم تولرانس (درصد خطا) را نشان می‌دهد. برای مثال قهوه‌ای - مشکی - نارنجی، به معنی ۱۰۰۰۰ پیکوفاراد یا ۱۰ نانوفاراد است. خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می‌شوند و بنابراین هنگام لحیم‌کاری باید به این نکته توجه داشت.

ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰ تا ۹ به صورت زیر است:

سیاه، قهوه‌ای، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید

خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازن‌های ۲۲ میکروفاراد یا ۴۷ میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های ۲۵ میکروفاراد یا ۱۱۷ میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار چنین است:

فرض کنیم بخواهیم خازن‌ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً ۱۰ و ۲۰ و ۳۰ و.... در ابتدا خوب به‌نظر می‌رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً ۱۰۰۰ برسیم چه رخ می‌دهد؟ مثلاً ۱۰۰۰ و ۱۰۱۰ و ۱۰۲۰ و... که در اینصورت اختلاف بین خازن ۱۰۰۰ میکروفاراد با ۱۰۱۰ میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مساله معقول به‌نظر نمی‌رسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن‌ها، می‌توان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد ۱۰ استفاده نمود. مثلاً ۷/۴ - ۴۷ - ۴۷۰ و... و یا ۲/۲ - ۲۲۰ - ۲۲۰۰ و...

کد عددی خازن‌ها

در خازن‌های الکترولیتی معمولا ظرفیت به صورت یک عدد مشخص با واحد مربوطه‌اش (pf,nf و...) در کنار ولتاژ ذخیره سازی (حداکثر ولتاژ که در خازن ذخیره می‌شود) نوشته شده‌است. اما در سایر خازن‌ها یک عدد ۳ رقمی به همراه یک حرف انگلیسی (k , j یا m)نوشته شده‌است. برای محاسبهٔ ظرفیت این نوع خازن‌ها دو عدد اول را در ده به توان عدد سوم ضرب می‌کنیم که واحد را بر حسب پیکوفاراد به دست می‌دهد. برای مثال اگر روی خازنی عدد 684k نوشته شده باشد به این معنی است که ظرفیت این خازن برابر است با: ۱۰۰۰۰×۶۸ پیکوفاراد یعنی ۶۸۰ نانوفاراد یا ۰٫۶۸ میکروفاراد. حروف نیز به ترتیب بیانگر خطاهای پنج درصد برای j ده درصد برای k و بیست درصد برای m می‌باشند.


:: موضوعات مرتبط: خازن , ,
:: برچسب‌ها: خازن ,



مقاومت
نوشته شده در یک شنبه 12 آبان 1392
بازدید : 541
نویسنده : smail emadi taj

مقاومت الکتریکی (به انگلیسی: Electrical resistance)‏ بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. واحد بین‌المللی (SI) مقاومت الکتریکی، اهم است. مقدار معکوس این کمیت رسانایی الکتریکی نام دارد که با زیمنس اندازه‌گیری می‌شود.

مقاومت الکتریکی یک شی، جریان الکتریکی را تحت اختلاف پتانسیل مشخص بین دو سر شی، به دست می‌دهد:

مقاومت الکتریکی، مؤلفه الکتریکی مؤثردوطرفه ای است که برای ایجاد مقاومت الکتریکی در مدار، قرار داده می شود.

شدت جریان عبوری از یک مقاومت رابطه مستقیمی با ولتا‍‍‍‍ژعبوری از دو س∮ر مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم نمایش داده می شود:

I = \frac{V}{R}

در این معادله

است. ت نسبت ولتاژی عبوری از دو سر مقاومت به شدت جریان مدار، میزان مقاومت نامیده می شود و این میزان در مقاومت های معمولی که با درجه هایشان کار می کنند می تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود.

مقاومت ها اجزای عمده مدارهای الکترونیکی، و بسیار کاربردی در تجهیزات الکترونیکی هستند. مقاومت های کاربردی می تواند از ترکیبات و لایه های متفاوت وهمچنین از سیم مقاومتی (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت ها در داخل تراشه ها هم عمل می کنند. به خصوص در دستگاه های آنالوگ، که مقاومت ها می توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی متحد شوند.

کارکرد پذیری الکتریکی یک مقاومت توسط میزان مقاومت آن مشخص می شود: مقاومت های عادی و تجاری تا بیش از نه برابر بزرگتر قابل ساخت هستند. هرگاه میزان مقاومت در یک طراحی الکترونیکی در نظر گرفته شود، درستی میزان مقاومت ممکن است برای دقت وبررسی تلرانس ساخت و تولید مقاومت های درنظر گرفته شده، مطابق با کاربرد ویژه آن، مورد نیاز باشد. ضریب دمایی میزان مقاومت هم ممکن است در برخی برنامه های کاربردی دقیق از دغدغه ها باشد. مقاومت های کاربردی همچنین برای داشتن میزان توان ماکزیممی تخصیص می یابند که در آن از اتلاف بیش از حد توان قابل پیش بینی مقاومت در یک مدارخاص جلوگیری شود:

که این نگرانی عمده در میزان توان برنامه های کاربردی الکترونیکی است. مقاومت هایی با میزان توان بالا از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است به گرماخور نیاز پیدا کنند. در مداری با ولتاژ بالا، دقت و بررسی باید بعضی اوقات با حداکثر ولتاژی که از مقاومت می توان به کار گرفت در نظر گرفته شود.

مقاومت های کاربردی یک القاوری سری و یک ظرفیت خازنی موازی کوچک دارند. این خصوصیات می تواند در کاربردهای آن با فرکانس بالا نقش مهمی را ایفا کند. در یک تقویت کننده یا یک پیش تقویت کننده با نویز پایین، مشخصات نویز یک مقاومت ممکن است مسئله ساز باشند. القاوری ناخواسته، نویز بیش از حد، و ضریب دمایی، بسیار وابسته به فن آوری استفاده شده در ساخت و تولید مقاومت هستند. در حالت عادی این عوامل برای خانواده خاصی از مقاومت های تولید شده جهت استفاده در یک فن آوری خاص اختصاص می یابند. خانواده ای از مقاومت های مجزا هم طبق فاکتور فرمش، که اندازه دستگاه و موقعیت رساناها ( یا دو سر) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می گیرد، قابل تشخیص می شود.

 

واحدها

اهم (نشان: Ω) واحد SI میزان مقاومت الکتریکی است که به پاس خدمات جرج سیمون اهم این نام بر آن نهاده شد. یک اهم معادل یک ولت بر آمپر است. چون مقاومت ها، در محدوده مقادیر بسیار زیادی، تولید می شوند، واحدهای مشتق شده میلی اهم (1 mΩ = 10−3 Ω)، کیلواهم (1 kΩ = 103 Ω)، و مگا اهم (1 MΩ = 106 Ω) هم در حالت کلی برای اندازگیری میزان مقاومت، استفاده می شوند.

میزان تقابل مقاومت R را رسانایی الکتریکی نامیده و با G = 1/R نشان می دهیم. واحد اندازگیری آن زیمنس (یکا) ( در واحدSI ) است ولی گاهی اوقات از واحد قبلی آن یعنی mho استفاده می شود. زیمنس در تقابل با یک اهم است.

اگرچه مفهوم ضریب هدایت اغلب در تحلیل مدار استفاده می شود، مقاومت های کاربردی همیشه در حیطه میزان مقاومت آنها (اهم) نسبت به ضریب هدایت ارزیابی می شوند.

عوامل موثر بر مقاومت

تاثیر جنس طول و مساحت سطح مقطع

مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد. مثلا برای محاسبهٔ مقاومت یک سیم از رابطهٔ زیر استفاده می‌شود:[۱]

R=\frac{\rho  l}{A}

که در آن

  • R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
  • ρ: مقاومت مخصوص سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
  • l: درازای سیم بر حسب m
  • A: سطح مقطع سیم برحسب متر مربع (m^2)

اثر دما بر مقاومت

افزایش دما در اجسام رسانا باعث افزیش مقاومت می شود ولی افزایش دما در اجسام نیم رسانا باعث کاهش مقاومت می گردد.

به هم بستن مقاومتها

مقاومت به صورت موازی

وقتی مقاومت هارا به صورت موازی قرار می دهیم رفتار میکنند متفاوت از سری به طور کلی اگر یک مقاومت دارید که مقدار مشخصی دارد و مقاومت های دیگر را به صورت موازی قرار دهیم مقاومت کل کمتر می شود.مقاومت ها در یک ساختاربندی موازی دارای اختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند و جریانی که از آنها عبور می کند با هم جمع می شوند. رسانایی الکتریکی مقاومت ها برای تعیین میزان رسانایی شبکه با هم جمع می شوند. بنابراین مقاومت معادل (Req) موجود در شبکه، قابل محاسبه است:

تعدادی مقاومت که بصورت موازی بسته شده‌اند.
 \frac{1}{R_{\text{eq}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n}

میزان مقاومت معادل موازی را می توان در معادلات، با دو خط عمودی "||" (مانند هندسه) به عنوان یک نماد ساده نمایش داد. بعضی اوقات درموردی که صفحه کلید فاقد نشانه خط عمودی است از دو خط مورب "//" به جای "||" استفاده می شود. در این مورد دو مقاومت موازی با فرمول زیر قابل محاسبه هستند:

 R_{\text{eq}} = R_1 \| R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1+R_2}

در حالت خاص میزان مقاومت N مقاومت متصل شده به طور موازی که از میزان مقاومت یکسان R هستند با R/N نمایش داده می شود.

مقاومت به صورت سری

در ساختار بندی به صورت سری، جریان عبوری از تمام مقاومت ها یکسان است ولی ولتاژ دو سر هر مقاومت به میزان مقاومت آن وابسته است. اختلاف پتانسیل (ولتاژ) هنگام عبور از شبکه برابر مجموع آن ولتاژهاست. بنابراین میزان مقاومت کلی می تواند از حاصل جمع آن مقاومت ها بدست آید:

تعدادی مقاومت که بصورت سری بسته شده‌اند.
 R_{\text{eq}} = R_1 + R_2 + \cdots + R_n

در حالت خاص، میزان مقاومت N مقاومت اتصال یافته به طور سری، که هر کدام با میزان مقاومت R یکسان هستند با NR نمایش داده می شود.

ترکیب مقاومتهای سری و موازی

یک شبکه مقاومت که ترکیبی از اتصالات سری و موازی است می تواند به قسمت های کوچکتری که یا موازی و یا سری هستند شکسته شود. برای مثال،

اتصال سری و موازی تعدادی مقاومت.

 R_{\text{eq}} = (R_1 \| R_2) + R_3 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} + R_3

به هر حال، بعضی از شبکه های مختلط مقاومت ها نمی توانند در این روش که برای تحلیل مدار پیچیده تری تر نیاز است مورد بررسی قرار گیرند. برای مثال مکعبی را بررسی کنید که هر ضلع آن با مقاومتی جایگزین شود. در این صورت میزان مقاومت قابل اندازگیری میان دو رأس مختلف چقدر است؟ در مورد 12مقاومت معادل، می توان نشان داد که میزان مقاومت گوشه به گوشه، 5⁄6 میزان خود مقاومت است. در حالت کلی تر، تبدیل ستاره مثلث یا روش های ماتریسی می تواند برای حل چنین مسئله ای مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد عملی از این روابط این است که درحالت کلی میزان غیر استاندارد اندازه مقاومت می تواند در حالت سری یا موازی با اتصال به تعدادی از مقادیر استاندارد، ترکیب شوند. این مورد همچنین برای بدست آوردن یک متغیر با میزان توان بالاتری از آنچه که خود مقاومت ها استفاده کرده اند به کار برده می شود. در مورد خاص، N مقاومت یکسان که همگی به طور سری یا به طور موازی به هم متصل اند، میزان توان خود مقاومت ها، با ضرب در N نتیجه می شوند.

نمادسازی و نشانه های الکترونیکی

نوشتار اصلی: نشانه الکترونیکی

نشانه استفاده شده برای یک مقاومت در دیاگرام مداری، استاندارد به استاندارد و کشور به کشور متفاوت است. دو نوع از آن در زیر قابل رویت هستند.

نشانه ها به سبک امریکایی. (a) مقاومت، (b) رئوستات (مقاومتی متفاوت) و (‍‍c) پتانسیومتر
نشانه مقاومت به سبک IEC

نماد برای بیان میزان مقاومت در دیاگرام مداری هم متفاوت است. نماد اروپایی استفاده از یک ممیز را مجاز نمی داند و ممیز را با نشان پیشوندی SI برای یک مقدار خاص جایگزین می کند. برای مثال 8k2 در دیاگرام مداری، مقدار مقاومت 8.2 kΩ را نشان می دهد. صفرهای اضافی، تلرانس بیشتری را مانند 15M0 نشان می دهند. زمانی که این مقدار بدون نیاز به پیشوندSI توضیح داده شود، از یک 'R' به جای ممیز استفاده می شود. برای مثال 1R2، 1.2 Ω ، و 18R، 18 Ω را نشان می دهد. استفاده از یک نشان پیشوندی SI یا حرف 'R' در مسئله ای که ممیز قابل صرف نظر کردن است هنگام کپی برداری از یک دیاگرام مداری چاپی رخ می دهد.

نظریه عملکرد

Fourth.png

قیاس هیدرولیک، جریان الکتریکی جاری در مدارها را با آب جاری در لوله ها مقایسه می کند. زمانی که یک لوله (چپ) پر از مو (راست) می شود برای برقراری جریان مجدد آب، فشار بیشتری وارد می شود. افزایش فشار جریان الکتریکی با میزان مقاومت بیشتر، شبیه فشار آوردن بر آب در لوله ای که با مو گرفته شده است، می شود. افزایش فشار(افت ولتاژ) برای ایجاد جریان قبلی (جریان الکتریکی) نیاز است.

قانون اهم

نوشتار اصلی: قانون اهم

رفتار یک مقاومت ایده آل توسط رابطه ای که به قانون اهم معروف است بررسی می شود:

 V = I \cdot R

قانون اهم نشان می دهد که ولتاژ (V) عبوری از یک مقاومت رابطه ای مستقیم با جریان (I)، و همچنین میزان مقاومت (R) دارد که جریان (I) در آن برقرار است. به طور معادل قانون اهم می تواند به صورت زیر نشان داده شود:

I = \frac{V}{R}

فرمول بندی بر اساس اینکه جریان (I) رابطه مستقیم با ولتاژ (V) و رابطه عکس با میزان مقاومت (R) دارد، انجام می شود. این مستقیماً در محاسبات کاربردی مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال اگریک مقاومت 300 اهمی به دو سر یک باتری 12 ولتی متصل شود، جریان 12 / 300 = 0.04 آمپری ( یا 40 میلی آمپری) در آن مقاومت ایجاد می شود.

 

 

اتلاف توان

توان P تلف شده توسط یک مقاومت بدین صورت محاسبه می شود:

 P = I^2 \cdot R = I \cdot V = \frac{V^2}{R}

که در آن

  • R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
  • I: جریان برحست آمپر(‌A)
  • V: ولتاژ برحست ولت (V)

فرمول اول همان قانون اول ‍ژول است[نیازمند منبع]. با استفاده از قانون اهم، دو فرمول دیگر قابل اثبات است.

میزان کلی انرژی گرمایی انتشار یافته طی یک بازه زمانی از روی انتگرال توان بر بازه زمان، قابل تعیین می شود:

 W = \int_{t_1}^{t_2} v(t) i(t) \, dt

که در آن

  • W: توان برحست وات (W)
  •  i(t)  : جریان در زمان ‌t برحسب آمپر (A)
  • v(t): ولتاژ در زمان t برحسب ولت ‌(V)

مقاومت ها مطابق اتلاف توان ماکزیممشان ارزیابی می شوند. مقاومت های مجزا در سیستم های الکترونیکی جامد، کمتر از یک وات توان الکتریکی را جذب می کنند و هیچ دقتی برای میزان توان آنها نیاز نیست. چنین مقاومت هایی در فرم مجزایشان که شامل بیشترین بسته ها به شرح زیر می باشند و به طور معمول دارای مقادیر 1/10، 1/8، و یا 1/4 وات هستند.

به طور کلی مقاومت هایی که نیاز به اتلاف مقدار قابل توجهی از توان دارند در حالات خاص مانند منابع تغذیه، مدارهای تبدیل توان، و تقویت کننده های توان، به عنوان مقاومت های توان شناخته می شوند. این نامگذاری، با کاربرد مقاومت ها به میزان توان 1 وات یا بیشتر رابطه ای ندارد. مقاومت های توان از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است برای مقادیر مقدم، کدهای رنگی، و بسته های خارجی زیراستفاده نشوند.

اگر میانگین توان تلف شده توسط یک مقاومت بیشتر از میزان توان آن باشد، با تغییر دائمی میزان مقاومت، ممکن است به مقاومت آسیب وارد شود. این مورد از وارونگی در میزان مقاومت با توجه به ضریب دمایی آن در زمان گرم شدن، مجزاست. اتلاف توان بیش از اندازه، ممکن است دمای مقاومت را به نقطه ای برساند که فیبر مداریا قسمت های مجاور بسوزد ویا حتی باعث آتش سوزی شود. مقاومت های ضدحریقی موجود هستند که از داغ شدن بیش از حد آنها به طور خطرناک (با بازکردن مدار) جلوگیری می کنند

چون احتمال بروز گردش هوای مه آلود، ارتفاع زیاد، یا درجه حرارت بالا وجود دارد، مقاومت ها با میزان اتلاف بالاتری از آنچه که در دستگاه ها نشان داده خواهد شد، در نظر گرفته می شوند.

بعضی از انواع و درجه بندی های مقاومت ها هم ممکن است میزان ولتاژ ماکزیممی داشته باشند. این احتمال وجود دارد که اتلاف توان به میزان مقاومت های بالاتری محدود شود.

ساختار

یک رشته در خط، با مقاومت (SIL) با تعداد 8 مقاومت 47 اهمی، قابل قرار گرفتن در بسته است. یک سر هر مقاومت به یک پین مجزا اتصال داده می شود و دیگر سرها همگی به همدیگر، برای pin – pin 1 باقی مانده (در حالت کلی)، در انتهای محل تعیین شده توسط نقطه سفید، قرار داده و متصل می شود.

ترکیب رساناها

مقاومت ها با رساناهای سیمی رد شده از سوراخ

مؤلفه های عبور از سوراخ به طور معمول دارای رساناهای رد شده از بدنه به طور محوری هستند. بقیه آنها دارای رساناهای خارج شده از بدنه هستند که در عوض موازی بودن با محور مقاومت، به طور شعاعی هستند. دیگر مؤلفه ها ممکن است SMT ( فن آوری نصب سطحی) باشند که در مقاومت هایی با توان بالا احتمال اینکه یکی از رساناها به صورت گرماخور قابل طراحی باشد را به وجود می آورند.

ترکیب کربنی

سه مقاومت کربنی ترکیبی در سوپاپ (لوله خلأ) رادیو 1960

مقاومت های ترکیب کربنی شامل عنصر مقاومتی استوانه ای جامد با رساناهای سیمی جاسازی شده و درپوش ته فلزی برای الحاق سیم های رسانا در نظر گرفته می شوند. بدنه مقاومت با رنگ یا پلاستیک محافظت می شود. در قرن بیستم مقاومت های ترکیب کربنی، بدنه ها را لخت کرده بودند. سیم های رسانا حول دو سرمیله مقاومت و اتصال، پیچیده می شدند. مقاومت تکمیل شده با رنگ کد گذاری نسبت به مقدارش، رنگ آمیزی می شد.

عنصر مقاومت از مخلوط خرده ها (پودر) کربن و مواد عایق (مانند سرامیک) ساخته می شود. یک چسب این مخلوط را به هم می گیرد. میزان مقاومت توسط نسبت مواد متراکم (پودر سرامیک) به کربن تعیین می شود.غلظت های بالای کربن و یک رسانای خوب، میزان مقاومت پایین تری را نتیجه خواهد داد.

مقاومت های ترکیبی کربن در حالت کلی در سال 1960 و بعد از آن استفاده می شدند ولی در حال حاضر محبوبیت چندان زیادی برای استفاده عمومی به عنوان نوع دیگری که دارای خصوصیات بهتری مانند تلرانس، وابستگی ولتاژ، و فشار ( مقاومت های ترکیبی کربن، زمانی که ولتاژ بالایی بر آنها وارد شود تغییر خواهند یافت) است وجود ندارد. به علاوه اگر رطوبت داخلی ( حاصل از پدیدار شدن در دوره ای از زمان برای یک محیط مرطوب) قابل توجه باشد، حرارت لحیم کاری، تغییر غیر قابل بازگشتی در مقدار مقاومت به وجود خواهد آورد. مقاومت های ترکیب کربنی دارای پایداری ضعیفی در طول زمان هستند ودر کارخانه به همین نحو از بهترین تا تنها 5% تلرانس، طبقه بندی می شوند. به هر حال این مقاومت ها اگر هرگزبه ولتاژ بالا یا حرارت بالا نمی رسیدند مطمئناً به طور قابل ملاحظه ای در اندازه مؤلفه مؤثر بودند.

آنها هنوز در دسترس هستند ولی در مقایسه بسیار پر هزینه می باشند. مقادیر در محدوده یک اهم تا 22مگااهم هستند. به علت قیمت بالا، این مقاومت ها هیچ دارای استفاده دیگری نیستند. به هر حال مقاومت های کربنی برای ذخیره توان و کنترل های جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند.

پیل کربنی

یک مقاومت پیل کربنی از یک رشته صفحه کربنی فشرده میان دو صفحه فلزی ساخته می شود. با تنظیم فشار بسته ، مقاومت میان صفحه های فلزی تغییر می کند. این مقاومت ها زمانی که یک بار الکتریکی قابل تنظیمی نیاز است استفاده می شود مانند امتحان باتری های خودرو یا فرستنده رادیو . یک مقاومت پیل کربنی هم می تواند برای کنترل سریع موتورهای کوچک در لوازم خانگی (ماشین های بافندگی و میکسرهای دستی) در درجه های بالا با چند صد وات، مورد استفاده قرار گیرد. یک مقاومت پیل کربنی توانایی کنترل تنظیمات ولتاژ خودکار مولدهای پیل کربنی میدان جاری محافظ نسبت به ولتاژ را دارد. این قاعده همچنین در میکروفون کربنی به کار برده می شود.

نوار کربنی

مقاومت لایه کربنی TR-212 1 kΩ

یک لایه کربنی روی یک لایه عایق گذاشته می شود، و مارپیچی در آن برای طراحی یک مسیر مقاومتی باریک و طولانی بریده می شود. با تغییر شکل، همراه با مقاومت کربن غیر متبلور (در حد μΩ m 500 تا μΩ m 800) می تواند مقدار تفاوت مقاومت ها را نشان دهد. مقاومت های لایه کربنی میزان توانی در حدود 0.125 W تا 5 W در دمای 70 °C را نشان می دهند.

مقاومت ها از 1 اهم تا 10 مگا اهم در دسترس هستند. مقاومت لایه کربنی دارای دمایی از −55 °C تا 155 °C دارند. این مقاومت دارای ماکزیمم ولتا‍‍‍ژ، از 200 تا 600 ولت هستند. مقاومت های نوار کربنی خاص در زمان نیاز به ثبات پالس بالا، استفاده می شوند.

مقاومت کربنی چاپی

مقاومت کربنی می‌تواند به طور مستقیم بر روی پد SMD روی یک PCB چاپ شود. درسال 1989 طبق فهرست سازمان Psion II.

 

مقاومت های ترکیب کربنی مستقیماً می توانند به روی لایه های فیبر مدار چاپی (PCB) به عنوان قسمتی از فرآیند تولید PCB چاپ شوند. در حالی که این تکنیک روی مقیاس های PCB ترکیبی، فراگیرتر است و توانایی استفاده بر روی فایبرگلاس استاندارد PCBs را داراست. تلرانس به طور معمول بسیار زیاد است و می تواند به مقدار 30% باشد. نوعی کاربرد از مقاومت های غیرحساس بالاکش را نشان خواهد داد.

تلف مقاومتی

هنگامی که جریان الکتریکی I از جسمی با مقاومت R عبور می‌کند، انرژی الکتریکی (توان) به گرما تبدیل می‌شود. توان گرمایی تولید شده از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید:

P = {I^{2} \cdot R} \,

در این معادله

  • P:توان تلف شده در شی در واحد وات.
  • I:جریان الکتریکی عبوری از شی در واحد آمپر.
  • R:مقاومت شی به اهم.

این تبدیل انرژی در کاربردهایی مثل روشنایی و گرمادهی الکتریکی مفید است ولی در کاربردهای دیگری مثل انتقال انرژی، اتلاف محسوب می‌شود. به طور ایده‌آل رساناهایی که برای اتصال افزاره‌های الکتریکی استفاده می‌شوند باید مقاومت الکتریکی صفر داشته باشند، ولی در واقعیت فقط ابررساناها به این ایده‌آل می‌رسند. راه‌های مرسوم برای مقابله با اتلاف مقاومتی در رساناها استفاده از سیم‌های ضخیم‌تر و ولتاژهای بالاست.


:: موضوعات مرتبط: مقاومت , ,



توان چیست؟
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 410
نویسنده : smail emadi taj

توان چیست؟
مقدار انرژی مصرفی هر عنصر رو توان بهش میگن! یا به عبارت دیگه حاصل ضرب ولتاژ در جریان رو توان میگن! توان یا وات از دو رابطه دیگه هم حساب میشه:
P=V.I                      
P=V.V/R                   
P=R.I.I              
منظور از I.I همون جریان به توان 2 هستش!
هر چی توان بیشتر بشه چثه مقاومت هم بزرگتر میشه! مقاومت ها تا وات 20 هم وجود دارند البته اهم کمی دارند.


:: موضوعات مرتبط: تعاریف از درس الکترونیک مبانی برق و... , ,



وات متر
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 382
نویسنده : smail emadi taj

از این وسیله همانطور که از نامش پیداست جهت به دست آوردن توان و قدرت یک دستگاه و یا میزان کارآرایی یک وسیله ی برقی استفاده می شود. در صورتیکه وات متر مقدار بیش از حد را نشان دهد نشانه وجود عیب مکانیکی در وسیله و اگر مقدار خیلی کمتر را نشان دهد بیانگر خرابی و یا سوختگی المانها و یا سیم پیچ وسایل الکتریکی دستگاه برقی می باشد. وات متر در مدارات به صورت سری موازی بسته می شود.


:: موضوعات مرتبط: برخی از وسایل اندازه گیری الکتریکی , ,



آشنایی با وسایل الکترونیک مولتی متر
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 400
نویسنده : smail emadi taj

و اما مهم ترین و کاربردی ترین وسیله رو برای شما بگم.

دیدید که برای اندازه گیری هر یک از کمیتهای مقاومت، جریان و ولتاژ نیاز به وسیله اندازه گیری می باشد که این کار هم گران می باشد و هم حمل دشواری دارد که جهت رفع این دو مورد این وسایل را در یک دستگاه اندازه گیری به نام مولتی متر یا آوومتر جای میدهند.


:: موضوعات مرتبط: برخی از وسایل اندازه گیری الکتریکی , ,



آشنایی با وسایل الکترونیک آمپرمتر
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 442
نویسنده : smail emadi taj
از این وسیله جهت اندازه گیری جریان منبع و یا مدار و یا مصرفی دستگاه استفاده می شود که جریان دستگاه را بر حسب آمپر و یا میلی آمپر و یا میکرو آمپر نشان می دهد.
البته یک نوع آمپرمتر می باشد که بدون قطع کردن مدار می توان جریان دستگاه و یا مدار را اندازه گیری کرد که به آن کلمب متر گویند. باید یادآور شویم که آمپرمتر دو نوع جریان DC و AC را اندازه گیری می کند که با انتخاب هر یک می توان جریان فوق را اندازه گیری نمود.
لازم به ذکر است که اهم متر در مدارات به صورت سری بسته می شود. توسط آمپر می توانید هم جریان DC و هم AC را اندازه بگیرید که نباید رنج را اشتباها انتخاب کنید. زیرا دستگاه آسیب می بیند که البته شما در منزل با جریان AC سرو کار دارید.

:: موضوعات مرتبط: برخی از وسایل اندازه گیری الکتریکی , ,



بازدید : 789
نویسنده : smail emadi taj
 معــــرفــــــــــــــی رشتـــه ی الکتــــــــــــرونيـــــــــــــــک

اطلاعــات كلــــي راجــــــع به رشــتــــــه :
الکترونيک ، دانش طراحي ساخت وبررسي عملکرد دستگاه هايي است که با استفاده از خاصيت ذرات باردار الکتريکي اتم کار مي کنند .
مطالعه چنين وسايلي، شاخه اي ازعلم فيزيک است و طراحي و ساخت دستگاهها و مدارات الکتريکي آن از  تخصص هاي  مهندسي برق – الکترونيک  مي باشد .
در حال حاضر الکترونيک، کليد فتح شگفتيهاي جهان است و با علوم ديگر چنان پيوند خورده که عملا صنعت مدرن امروز و تکنولوژي پيشرفته ،خود را مديون دانش الکترونيک ميداند .
امروزه که صحبت از ترکيب علوم پايه، جهت دست يابي به تخصص هاي نوين است اين رشته اهميت خود را بيشتر نشان داده است .
با ارائه علوم جديدي  مانند مکاترونيک که  ترکيب تخصص هاي فني و صنعتي  همچون الکترونيک و مکانيک و کامپيوتر ميباشد دنياي تکنولوژي در انتظار تحولات اساسي در حوزه عملکردو کاربرد علوم فني است که به زودي در صنايعي همچون اتومبيل ،صنايع حمل و نقل و وسايل خانگي مشهود خواهد بود .
با توجه به اين مقدمه ميتوان دريافت که امروزه دانش الکترونيک ديگر تخصص ويژه مهندسين اين رشته نيست و هر فرد که به نحوي با امور فني سر و کار دارد لازم  است به فراخور حال خود از اين دانش بهره گيرد .
به اين دليل است که بازار کار براي متخصصين اين رشته  بسيار متنوع است  ودر همه صنايع و کارخانجات که از ماشينها و دستگاه هاي الکتريکي استفاده ميشود يا توليد با استفاده ازربات به جاي نيروي انساني صورت ميگيرد، نياز به نظارت متخصصين الکترونيک  حس ميشود.از اين رو کارآموخته گان هنرستانهاي کار دانش و فني حرفه اي به راحتي جذب کار در زمينه مهارت خود ميگردند .
در کنار اين مهارت ها طي دوره کارورزي با انجام پروژه هاي تحقيقاتي و ساخت مدارات  به تکميل آموخته هاي خود خواهند پرداخت.

 


کاربردهای رشته الکترونیک

 

      1- رادیـــــــــــو و تـــــــــلویــــــزیــــــون

    2- الکتــــــــرونیـــک صنــعــــتــــی

    3- مخابــــــــــــــــــــرات


:: موضوعات مرتبط: اشنایی با الکترونیک , ,



آشنایی با رشته الکترونیک
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 413
نویسنده : smail emadi taj

آشنایی با رشته الکترونیک

اهمیت رشته :
با پیشرفت تکنولوژی در جامعه امروزه بر کسی پوشیده نیست که یکی از رشته هایی که تا امروز از پیشرفت حائز اهمیتی برخوردار بوده صنعت الکترونیک میباشد با نگا هی به اطراف خود می بینیم رادیو – تلویزیون – موبایل کامپیوتر ووسایل پزشکی –ماهواره- سیستم های مخابراتی همه براساس علم الکترونیک است.


:: موضوعات مرتبط: اشنایی با الکترونیک , ,



نحوه ی خواندن مقدار اهم مقاومت
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 939
نویسنده : smail emadi taj

رنگ

شماره

سياه

0

قهوه اي

1

قرمز

2

نارنجي

3

زرد

4

سبز

5

آبي

6

بنفش

7

خاكستري

8

سفيد

9

از این کدها استفاده می شود

نحوه ی استفاده : ابتدا شماره ی دو رنگ اول را نوشته سپس به تعداد عدد رنگ سوم صفر می گذاریم

مثال:اگر زرد،بنفش و نارنجی بود، 47000Ω  می شود. اگر ساده کنیم 3 تا صفر می رود می شود 47 کیلو اهم =»کیلوبرابر با 1000 است


:: موضوعات مرتبط: درس دادن , ,
:: برچسب‌ها: نحوه ی خواندن مقدار اهم مقاومت ,



سوال وجواب مبانی
نوشته شده در پنج شنبه 9 آبان 1392
بازدید : 911
نویسنده : smail emadi taj

رســـاناي الكتريكـــــي (هـــــــــــــــــادي)

 

به هر ماده اي كه بتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد رساناي الكتريكي يا هادي الكتريك (هدايت كننده جريان الكتريكي ) گويند مانند فلزات و به هر ماده كه نتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد نارسانا يا غيرهادي گويند مانند پلاستيك ، چرم ، كاغذ وغيره

 

 مقاومت چيست

 

 مقاومت  جسم هادي دو سري است كه در برابر عبور جريان مقاومت مي‌كند و ولتاژ دو سر آن متناسب با جريان عبوري از آن مي‌باشد
هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان ميدهد اين مقاومت باعث ميشود كه جريان عبوري از هادي محدود شود با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان           جريان كل مدار را كنترل كرد .

 

مقــــــــــــــــــدار مقاومت

 

مقدار مقاومت هادیها بستگي به جنس هادي و طول آن وسطح مقطع آن  دارد كه آن را بر حسب اهم مي سنجند L/A ρ  R= که  ρ  نشان دهنده جنس هادی و L  طول و A  سطح مقطع می باشد.

 

    نمــــــــــــــایــش مقاومت

 

    در الكترونيك مقاومت را با حرف R (ابتداي كلمه Resistor) نمايش مي‌دهند. مقدار ولتاژ دو سر يك مقاومت تنها به مقدار جريان عبوري بستگي دارد. قانون اهم بيانگر اين وابستگي مي‌باشد:

V/R=I    واحد اندازه گيري مقاومت اهم Ω مي‌باشدوهمچنین واحدهای بزرکتری مثل کیلواهم ومگا اهم نیز مورد استفاده قرار می گیرد.  
 تعریـــــــف اهم

 

  يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند (طبق قانون اهم)

 

 کاربردهای مقاومت سیمی
يكي از كارهايي كه مقاومت انجام می دهد  اين است  كه مقداري از جريان را تبديل به گرما می کند در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده ميكنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه به آن المنت هم می گویند.
در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام می دهد می گوییم دستگاه انرژي الكتريكي را مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما را لازم نداشته باشيم می گوییم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي رو تلف كرده مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد مي شود .

 قرائـــت مقدار مقاومت

 

هما نطور که در شکل زیر مشاهده می کنید در مقاومتهای کر بنی با چهار رنگ مشخص شده است که عدد که رنگ اول ودوم نمایانگر عدد ورنگ سوم مشخص کننده تعداد صفر جلوی عدد ورنگ چهارم

 

بیانگر درصد خطا می باشد به عنوان مثال اگر مقاومتی از رنگهای قرمز –بنفش –سبز تشکیل شده باشد مقدار آن2700000 اهم یا 2.7مگا اهم است

 ولتــــــــــــاژ

     ولتاژ يك نيروي ذخيره شده است كه باعث به حركت در آوردن الكترونها ميشود وآن را باVنمایش میدهند وواحد آن ولت است

 

  جـــــریان

 

    حركت الكترونها در يك هادي (سيم) را جريان الكتريكي گويندو آن را باI نمایش می دهند وواحد آن آمپر است

 

  قانون اهم

 

    رابطه بين اين سه كميت مقاومت ، جريان ، ولتاژ آقای اهم کشف کرده بدین صورت

    مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم  I=V/R

   که  اين معادله را به اين صورت ها هم می توان نوشت                    
   جريان / ولتاژ = مقاومت  R=V/I

   جريان × مقاومت = ولتاژ    V=R/I 
   در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) رو افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر ميشود

مثال    فرض ميكنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش رو به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم ميخواهيم ببينينم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكندI=10/5 = 2 A