مادة استدراكية للصف العاشر للعام الدراسي

Transcript

1 دولة فلسطني وزارة التربية والتعليم العالي مادة استدراكية للصف العاشر للعام الدراسي ) ( إعداد أ. ابراهيم قدح الفريق الداعم: د. سحر عودة م.معاذ أبو سليقة م. عارف الحسيني اإلشراف الفني: أ. حازم عجاج تصميم: أ. سمر عوض مقدمة يدرس طالب الصف العاشر لهذا العام كتاب التكنولوجيا اجلديد وقد درس في السنوات السابقة منهاج التكنولوجيا غير املطور والذي لم يحتوي على مادة تعريفية بالقطع االلكترونية واستخداماتها التطبيقية, وهو بحاجة لها جلسر الفجوة بني ما سيعطى في مبحث التكنولوجيا في الوحدة الثالثة ( صناعة وبرمجة الرجل اآللي الروبوت( هذا العام وما أكتسبه من معارف ومهارات باستخدام الكتب املدرسية القدمية. ارتأينا وضع مادة استدراكية يتم تدريسها خالل الفصل االول هذا العام فقط باآللية التي ترونها مناسبة وذلك بالتعاون بني املشرف واملعلم. 2

2 اإللكترونيات )Electronics( لوحة التجارب )BreadBoard( لوحة من البالستيك تضم نقاط توصيل مجمعة في صفوف أو أعمدة. تستخدم في تجميع الدارات اإللكترونية أو فحصها لسهولة عملية تركيبها وفكها وت غني عن استخدام اللحام لتثبيت القطع اإللكترونية انظر الشكل التالي. النقاط المحصورة في األطر الحمراء تمثل كل مجموعة منها نقطة توصيل واحدة. 3V R ت ظهر األشكال المخطط لدارة الثنائي الضوئي وكيفية تركيب هذه الدارة على لوحة التجارب. لوحة تجارب مخطط الدارة الدارة على لوحة التجارب 3

3 املقاومات الكهربائية درست في درس سابق بأن املقاومة الكهربائية هي خاصية املادة التي تعيق مرور التيار الكهربائي فيها عند وصلها مبصدر كهربائي وتقاس بوحدة األوم. كما درست بأن األحمال الكهربائية هي عبارة عن مقاومة. وتعلمت من قانون أوم بأن مقاومة احلمل هي التي حتدد قيمة التيار املار به نتيجة وصله مبصدر كهربائي. وفي هذا الدرس سوف تتعرف إلى العوامل التي حتدد مقاومة موصل ما وإلى أنواع املقاومات. مقاومة الموصالت مقاومة املوصل تعتمد مقاومة املوصل كما هو مبني في الشكل على ثالثة عوامل هي: أ طول املوصل تزداد مقاومة املوصل بازدياد طوله أي أن مقاومة املوصل تتناسب طرديا مع طوله. العوامل املؤثرة على مقاومة املوصل. ب مساحة مقطع املوصل تتناسب مقاومة املوصل تناسبا عكسيا مع مساحة مقطع املوصل أي أنه كلما زادت مساحة مقطع املوصل قلت مقاومته. متاثل أسالك الكهرباء مواسير املاء من حيث تدفق التيار فاملاسورة التي مساحة مقطعها كبير تكون مقاومتها لتدفق تيار املاء منخفضة أما املاسورة التي مساحة مقطعها صغير تكون مقاومتها لتدفق تيار املاء مرتفعة. 4

4 ج نوع مادة املوصل ميكن مقارنة مقاومة املواد املختلفة بالرجوع إلى ما يعرف باملقاومة النوعية للمادة وهي مقاومة عينة من املادة على هيئة موصل طوله ( 1 )متر ومساحة مقطعه ( 1 )مم 2 عند درجة حرارة (20) سلسيوس ووحدة قياسها )أوم.مم 2 /متر( ويرمز لها باحلرف رو )ρ(. مثال احسب مقاومة سلك من النحاس طوله (100) متر ومساحة مقطعه )1.5( مم 2 علما بأن المقاومة النوعية للنحاس ) ( أوم.مم 2 /متر. احلل مقاومة الموصل = ( )1, 8710 = 0, 1,81 أوم. أنواع املقاومات لتحقيق عمل الدارات الكهربائية واإللكترونية يلزم استخدام مقاومات كهربائية بقيم وخصائص محددة تتناسب وعمل هذه الدارات لذا تصنع املقاومات بأشكال مختلفة لها قيم أومية معروفة وتتحمل تيارات كهربائية معلومة. وتقسم املقاومات إلى نوعني رئيسني هما: املقاومات ثابتة القيمة ومتغيرة القيمة. ١ املقاومات ثابتة القيمة :Fixed Resistors هي املقاومات التي لها قيمة ثابتة ال تتغير تكتب على جسم املقاومة بشكل مباشر )أرقام( أو بشكل غير مباشر )ألوان(. وتقسم هذه املقاومات طبقا ملادة صنعها إلى مقاومات كربونية وسلكية وغشائية. أ املقاومات الكربونية :Carbon resistors تتواجد املقاومات الكربونية بأحجام مختلفة بحيث تتناسب مع قدراتها الكهربائية كما موضح في الشكل. وتصنع هذه املقاومات من مزيج من الكربون املسحوق ومادة غير موصلة مثل مسحوق السيراميك )الفخار( وتصب املادة بالشكل املطلوب )عادة يكون أسطوانيا ( ثم جتمد باحلرارة ويرش طرفا املقاومة مبعدن حتى ميكن توصيلها باألسالك اخلارجية الحظ الشكل التالي. 5

5 أحجام املقاومات تتناسب مع قدراتها الكهربائية تركيب املقاومة الكربونية واملقاومة الغشائية ب املقاومات السلكية :Wirewound resistors تصنع من عدة لفات من سلك على دليل بشكل معزول كما موضح في الشكل)أ(. وتصنع مواد السلك من سبائك النيكل والكروم التي تستخدم بكثرة بسبب مقاومتها النوعية املرتفعة ومعامل مقاومتها احلراري املنخفض القيمة. ولوقاية مكونات املقاومة من تأثيرات الوسط احمليط تغطى بطبقة واقية من الطالء الزجاجي أو بخلطة من الرمل واإلسمنت.وبعضها يغلف مببدد حراري من األملنيوم لتحسني قدرتها على تبديد احلرارة. الحظ الشكل )ب( في هذا النوع من املقاومات تكتب قيمة املقاومة باألوم وقدرتها بالواط مباشرة على جسم املقاومة احلرارية. أ- تركيب املقاومة السلكية ب- املقاومات السلكية ج املقاومات السطحية :Surface Mount Resistors-SM Resistors متتاز بصغر حجمها مما يجعلها مالئمة للوحات املطبوعة عالية الكثافة.وتتوفر بشكلني هما املسطح واألسطواني. املقاومة املسطحة يستخدم في ترميزها نظام ترميز مكون من ثالث خانات اخلانتني األولى والثانية متثالن قيمة املقاومة أما اخلانة الثالثة واألخيرة فتمثل املضاعف)عدد األصفار( كما يظهر الشكل التالي.املقاومة اإلسطوانية يستخدم في ترميزها نظام الترميز اللوني كما يظهر الشكل. 6

6 املقاومات السطحية وطرق ترميزها ٢ املقاومات متغيرة القيمة :Variable Resistors تعتبر مفاتيح التحكم بالصوت في أجهزة الراديو والتلفاز مثال للمقاومات المتغيرة ويمكن تغيير قيمها بسهولة بتدويرمفاتيحها. وعندما نقول إن مقاومة متغيرة قيمتها (1000) أوم فهذا يعني أن بإمكاننا الحصول منها على قيم تتراوح بين الصفر و (1000) أوم. عمل املقاومة املتغيرة للمقاومة المتغيرة ثالثة أطراف طرفان يمثالن نهايتي المقاومة تحصل بوساطتهما على قيمة المقاومة الكلية. والطرف الثالث يتصل بجزء منزلق يتحرك فوق عنصر مقاوم تحصل بوساطته مع إحدى النهايتين على قيم مختلفة من المقاومة الكلية كما موضح في الشكل السابق. تتوفر املقاومات املتغيرة بأحجام صغيرة تستخدم لعمل تعديالت عرضية مثل التدريج أو الضبط.وهي متوفرة بثالثة أشكال:النوع املفتوح والنوع املغلق ونوع الضبط الدقيق الذي يستخدم عند احلاجة إلى ضبط دقيق جدا حيث سينتج تدوير مفتاح املقاومة عدة دورات تغيرا في قيمة املقاومة. الحظ الشكل التالي. 7

7 أشكال املقاومات املتغيرة املقاومات اخلاصة تصنع من مواد خاصة وبطرق صنع خاصة لتالئم تطبيقات عملية معينة في الدارات اإللكترونية ويختلف عملها عن عمل املقاومات العادية. ومن هذه املقاومات: أ مقاومة الثيرمستور: وهي املقاومة التي تتغير مقاومتها بشكل ملموس بارتفاع درجة احلرارة أو انخفاضها وتستخدم في دارات احلماية من ارتفاع درجة احلرارة كما ميكن استخدامها كمجس لدرجة احلرارة في دارات التحكم في أجهزة التدفئة أو التبريد وفي أجهزة قياس درجة احلرارة. ويوجد منها نوعان: ١ مقاومة ذات معامل حراري سالب (NTC) التي تقل قيمتها بارتفاع درجة احلرارة. ٢ مقاومة ذات معامل حراري موجب (PTC) التي تزداد قيمتها بارتفاع درجة احلرارة. الثيرمستور 8

8 ب املقاومة املعتمدة على الضوء :Light Dependent Resistor-LDR واحدة من أقدم العناصر الكهروضوئية وهذه املقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدة الضوء الساقط عليها.و تكون قيمة املقاومة املعتمدة على الضوء في الظالم عالية جدا قد تصل إلى أكثر من 2 ميجا أوم ولكن عندما تتعرض للضوء تنخفض مقاومتها إلى بضع مئات من األوم. مادة حساسة للضوء قاعدة عازلة أطراف توصيل )ج(: رمز املقاومة الضوئية )ب(: مقاومة ضوئية )أ(: مقطع ملقاومة ضوئية للمقاومة املعتمدة على الضوء تطبيقات عديدة في اإللكترونيات فعلى سبيل املثال, تستعمل غالبا في أجهزة اإلنذار والتحكم باألبواب اآللية وكاشف اللهب في املراجل حيث يتطلب األمر اإلحساس بوجود ضوء أو غيابه. نظم ترميز املقاومات تكون املقاومات الكربونية والغشائية مرسومة على جسمها برموز لونية تشير إلى قيمتها ودقتها وهناك نظام معتمد في الترميز اللوني )انظر الشكل(. 9 نظام ألوان املقاومات

9 الترميز اللوني الرباعي: حتدد احللقة األولى من جهة اليسار الرقم األول للمقاومة و حتدد احللقة الثانية الرقم الثاني للمقاومة وحتدد احللقة الثالثة املضاعف العشري )عدد األصفار( أما احللقة الرابعة فتحدد نسبة التفاوت املسموح به في قيمة املقاومة النظرية. الحظ الشكل املجاور. الترميز اللوني الرباعي مثال ما قيمة المقاومة المبينة في الشكل السابق مراعيا حساب الحدين األعلى واألدنى لهذه القيمة. احلل بالنظر الى حلقات األلوان المبينة على جسم المقاومة يتبين أن: لون الحلقة األولى أصفر ويقابل العدد (4) لون الحلقة الثانية بنفسجي ويقابل العدد( 7 ) لون الحلقة الثالثة أحمر ويقابل المضاعف (100) لون الحلقة الرابعة ذهبي ويقابل نسبة التفاوت 5% ± توضع األرقام بجانب بعضها ويتبين أن: قيمة المقاومة = أوم = 4700 أوم = 4.7 كيلو أوم. الحد األعلى للقيمة: x = = كيلو أوم. الحد األدنى للقيمة: x = =

10 املكثفات درست في درس سابق املقاومة الكهربائية بوصفها أحد عناصر الدارة الكهربائية واآلن ستتعرف على عنصر آخر من عناصر الدارة الكهربائية وهو املكثف الكهربائي (Capacitor). فاملكثف هو عنصر كهربائي يقوم باختزان الطاقة الكهربائية في أثناء عملية الشحن على شكل مجال كهربائي وإطالقها في أثناء عملية التفريغ. وفي هذا الدرس سنشرح املكثفات وأنواعها وخصائصها املختلفة. مكثفات 1 تركيب املكثف يتكون املكثف في أبسط أشكاله من لوحني معدنيني متوازيني, يفصل بينهما مادة عازلة, مثل الهواء أو الورق املشبع بالزيت أو مواد من البالستيك أو امليكا أو مواد من السيراميك. ويوصل بكل لوح من لوحي املكثف طرف توصيل. ويبني الشكل طريقة تركيب املكثف في أبسط أشكاله. رمز المكثف تركيب المكثف 2 آلية عمل املكثف سنناقش في هذه الفقرة ميكانيكية شحن وتفريغ المكثف, باالستعانة بالرسوم التوضيحية المبينة في الشكل. ففي الشكل تالحظ أن الجهد غير مطبق على المكثف لذا يوجد عدد متماثل من اإللكترونات الحرة على كل لوح وبالتالي ال يوجد فرق جهد بين لوحي المكثف. فعند إغالق المفتاح )S( المبين في الشكل )ب( تقوم البطارية بسحب اإللكترونات الحرة الموجودة على اللوح العلوي للمكثف باتجاه قطبها الموجب كما تقوم بدفع كمية متساوية من اإللكترونات من قطبها السالب نحو اللوح السفلي للمكثف 11

11 ونتيجة لذلك يمر تيار في الدارة تتحدد قيمته بوساطة المقاومةالخارجية )R(. إنفقداللوحالعلويلإللكترونات الحرة يعطيه شحنة موجبة كما أن زيادة اإللكترونات الحرة على اللوح السفلي يعطيه شحنة سالبة ويؤدي هذا إلى توليد فرق جهد بين لوحي المكثف. يستمر شحن المكثف حتى يصبح فرق الجهد بين لوحيه مساويا للجهد بين قطبي البطارية. وبحسب الشكل يستمر مرور التيار في الدارة حتى يصبح الجهد على طرفي المكثف )10( فولت وعندما يصبح جهد المكثف مساويا لجهد البطارية يتوقف مرور التيار ألنه لم يعد يوجد فرق بين جهد المكثف وجهد البطارية. عملية شحن وتفريغ املكثف يبين الشكل )ج( أنه في الوقت الذي يصبح فيه المكثف مشحونا يمكن فتح المفتاح وسيحافظ المكثف بعد ذلك على شحنته الموجودة بين لوحي المكثف التي تكون بشكل مجال كهربائي تتجه خطوطه من اللوح الموجب إلى اللوح السالب. وعند فصل المكثف من الدارة يمكن استخدامه لفترة قصيرة كمصدر للجهد ويتم تفريغ شحنته عند وصله بحمل كهربائي حيث تعود ألواحه إلى التعادل مرة أخرى. وتالحظ كذلك أن تيار الشحن أو التفريغ يمر في الدارة الخارجية ال يمر عبر المكثف نفسه نظرا لوجود المادة العازلة بين لوحي المكثف. 3 وحدات السعة الكهربائية السعة (Capacitance) هي قياس ملقدار الشحنة التي يستطيع أن يختزنها مكثف عند تطبيق جهد معني عليه ويرمز لها باحلرف (C) وتقاس بوحدة تسمى الفاراد نسبة إلى العالم فارادي ويرمز للفاراد باحلرف ( F ).إن مكثفا سعته (1) فاراد يكون ضخما جدا ولذا تستعمل وحدات امليكروفاراد )μf( والنانوفاراد )nf( والبيكوفاراد )pf( في التطبيقات العملية علما أن: امليكروفاراد )μf( = فاراد النانوفاراد )nf( = فاراد البيكوفاراد )pf( = فاراد 12

12 4 انواع املكثفات ميكن تقسيم املكثفات إلىقسمني أساسيني: أ املكثفات ثابتة القيمة. ب املكثفات متغيرة القيمة. أ املكثفات ثابتة القيمة: هي املكثف احملدد السعة من قبل الشركة الصانعة حيث يسجل على جسمه مقدار سعته ومقدار فرق اجلهد املسموح أن يطبق على طرفيه. ومن أنواع املكثفات ثابتة القيمة تبعا لنوع املادة العازلة: ١ املكثف الورقي: ويتكون من طبقتني من األلومنيوم بينهما طبقة رقيقة من الورق املشبع بالشمع أو بالزيت وت لف املجموعة معا ثم تغلف مبادة كيميائية أو حتفظ في وعاء معدني صغير محكم اإلغالق. 2 مكثف السيراميك: يتكون هذا النوع من لوح من السيراميك يغطي وجهيه طبقتان معدنيتان هما لوحا املكثف. مكثفات ورقية 3 املكثفات الكيميائية )اإللكتروليتية(: من مميزات هذه املكثفات سعتها الكبيرة وحجمها الصغير. ويبني الشكل التالي بأن هذا النوع من املكثفات يتركب من عدة طبقات هي: لوح من األلومنيوم )سفلي( وطبقة عازلة من أكسيد األلومنيوم وطبقة من الورق مشبعة مبادة كيميائية مناسبة مثل بلورات األمونيوم ولوح من األلومنيوم )علوي(. 13

13 قطب سالب قطب موجب عازل لوح معدني وعاء أملنيوم غالف بالستيكي تركيب املكثف الكيميائي ب املكثفات متغيرة القيمة capacitors) :(Variable يتكون هذا النوع من املكثفات من صفائح متوازية من األلومنيوم أو النحاس على شكل دائري أو بيضاوي مثبتة على محور قابل للدوران بطريقة تسمح لهذه الصفائح بالتداخل مع مجموعة من صفائح أخرى مساوية لها في املساحة وتكون املادة العازلة في هذا النوع من املكثفات هي الهواء كما مبني في الشكل التالي. وتستخدم هذه املكثفات غالبا في أجهزة الراديو. مكثفات متغيرة ورمزها 14

14 الثنائيات )Diodes( مهبط مصعد مهبط مصعد رمز الثنائي العادي تعد الثنائيات أبسط العناصر اإللكترونية وتصنع ثنائي من شريحيتين متجاورتين إحداهما سالبة )المهبط( واألخرى موجبة )المصعد(. شريحة سالبة شريحة موجبة يستعمل الثنائي كعنصر إلكتروني بحيث يسمح عادة بمرور التيار الكهربائي باتجاه واحد فقط. يدخل الثنائي في كثير من االستعماالت والتطبيقات المهمة التي ستتعرف عليها الحقا. يقوم الثنائي بتوصيل التيار عندما يكون جهد المصعد شدة التيار )ma( )P( أعلى من جهد المهبط )N( بمقدار يكافئ أو يزيد عن 0.7V لثنائي مصنوع من السيليكون 0.3V لثنائي مصنوع إنحياز أمامي إنحياز عكسي جهد اإلنهيار 0.7 الجهد )V( من الجرمانيوم ويكون الثنائي عندئذ في حالة انحياز أمامي )أي يسمح بمرور التيار الكهربائي(. أما في حالة كون فرق الجهد على المصعد سالبا والمهبط موجبا فيكون الثنائي في حالة انحياز عكسي )ال يسمح بمرور التيار الكهربائي إال بكميات قليلة جدا (. عند زيادة فرق الجهد في وضع االنحياز العكسي للثنائي تحدث حالة االنهيار ويتلف. 15

15 نشاط اختبار صالحية الثنائي: يمكن اختبار صالحية الثنائي باستخدام جهاز متعدد القياس الرقمي.Digital Multimeter 1 -أحضر عددا من الثنائيات 2- اضبط الجهاز على مقياس المقاومة الظاهر عليه رمز المقاومة أوالثنائي. 3- قم بقياس مقاومة الثنائي انظر الشكل)أ(. 4- اعكس الثنائي وقم بالقياس مرة أخرى انظر الشكل )ب(. 300Ω )أ( )ب( L اختبار صالحية الثنائي باستخدام جهاز القياس الرقمي )الملتيميتر( مالحظة: املقاومة الداخلية للثنائي املصنوع من اجلرمانيوم 300 أوم وللثنائي املصنوع من السيليكون 700 أوم تقريبا. أنواع الثنائيات للثنائيات أنواع متعددة يستخدم كل نوع حسب حاجته في الدارة اإللكترونية فالثنائي العادي يعمل في منطقة االنحياز األمامي في دارات التقويم ويبين الشكل كيف يوصل الثنائي في الدارة في هذه الحالة. االنحياز األمامي Zener هو اسم العالم الذي اخترع هذا النوع من الثنائيات ثنائي زينر) Diode )Zener مهبط مصعد ثنائي زينر مصمم ليبدأ بالسماح بسريان التيار في االتجاه المعاكس عندما يتعدى جهد االنحياز العكسي حدا معينا يتم تعيينه خالل تصنيع الثنائي وقيمة هذا الجهد تسمى جهد زينر )Vz( يستخدم ثنائي زينر لتنظيم فرق الجهد في الدارات اإللكترونية. عند وصل ثنائي زينر في حالة االنحياز األمامي فإنه يعمل كثنائي عادي. الثنائي زينر يوصل على التوازي مع الحمل 16

16 الثنائي الباعث للضوء :)LED( في هذا النوع من الثنائيات مواد خاصة تجعله يضيء عندما يمر فيه تيار في حالة االنحياز األمامي وغالبا ما يكون الجهد الذي يعمل عليه 2V. وتعطي هذه الثنائيات ضوءا بألوان مختلفة منها: األخضر واألصفر والبرتقالي وكذلك األحمر. تستخدم هذه الثنائيات بشكل واسع في الحاسبات إلظهار األرقام وفي المصاعد وأجهزة التحكم عن بعد )الرموت كنترول( وألضواء اإلشارة في األجهزة الكهربائية مثل الراديو والتلفاز وغيرها. لحماية الثنائي من ارتفاع شدة التيار عادة يوصل على التوالي مع مقاومة يمكن تحديد قيمتها بسهولة: LED: Light Emitting Diode ضوء الثنائي مهبط مصعد رمز الثنائي الباعث للضوء. غطاء بالستيكي األقطاب الثنائي الباعث للضوء. فمثال إذا كان الجهد الذي يعمل عليه الثنائي 2v وأعلى Vs 6V i R Vd تيار يتحمله 20mA فإن قيمة المقاومة تحسبمن العالقة: R= Vs-Vd i 6-2 = = 200Ω 0.02 المقاومة المختارة 220Ω لتوفرها. نشاط شدة الضوء املنبعث من الثنائي الضوئي يمتاز الثنائي الباعث للضوء بأن شدة إضاءته تعتمد على قيمة التيار المار فيه رك ب الدارة اآلتية والحظ العالقة بين شدة الضو ء وقيمة التيار انظر الشكل. شدة التيار شدة الضوء هل تعلم هنالك ثنائي باعث للضوء يصدر أشعة حتت حمراء )غير مرئية( ويستخدم في أجهزة التحكم عن بعد وإرسال املعلومات. 0 6V 1kΩ A R 17

17 الثنائي احلساس للضوء :Photo Diode يعمل هذا الثنائي على تمرير التيار الكهربائي عندما يتعرض للض و ء ويوصل في الدارات اإللكترونية بحيث يكون في حالة انحياز عكسي ويغل ف بأسطوانة تسمح بمرور الضوء إليه من نافذة زجاجية صغيرة. يستخدم هذا الثنائي مجس ا في دارات اإلنذار المختلفة وكذلك في دارات الترانزستور. الثنائي الحساس للضوء ورمزه نشاط اختبار الثنائي احلساس للضوء: 3V رك ب الدارة المجاورة وغي ر من شدة الضوء الساقط على الثنائي الحساس للضوء والحظ ما يحصل إلضاءة المصباح. استخدام الثنائيات للثنائيات استخدامات عديدة منها:تنظيم الجهد وتقويمه وكذلك ضبط الذبذبات في دارات التردد الالسلكي ويستخدم كذلك في الدارات المنطقية Circuits(.)Logic ١ الثنائي مفتاحا : الحظ عمل الثنائي كمفتاح في الشكل اآلتي: ثنائي الليزر يختلف هذا الثنائي عن الثنائي الباعث للضوء بأنه يعطي ضوء ذو لون واحد على شكل حزمة ضيقة جدا. الدارة المكافئة هي حالة وصل. انحياز أمامي. الدارة المكافئة هي حالة قطع. انحياز عكسي. 18

18 ٢ الثنائي مقو م موجة كاملة: الدارة اآلتية دارة تقويم موجة كاملة باستخدام أربعة ثنائيات )القنطرة(. ابحث آلية عملها وحدد شكل الموجة الناتجة الحظ األسهم التي تدل على اتجاه التيار للجزء الموجب للموجة. AC D4 D1 + D3 D2 الشكل) ١٥ (: مقوم موجة كاملة مقوم موجة كاملة - Vout سؤال: أرسم في دفترك المسار الذي سيتبعه الجزء السالب من الموجة الداخلة. أسئلة وتدريبات عد د استخدامات الثنائي الباعث للضوء.)LED( اذكر نوع الثنائيات التي يرمز لها باألشكال اآلتية : في الدارة المجاورة أجب عما يأتي: D1 L1 أ- أي من المصباحين سيضيء عند غلق المفتاح ب-أيمنالمصباحينسيضيءعندعكس قطبي البطاريةمعغلق المفتاح D2 L2 ج- عند استبدال البطارية بمصدر جهد متناوب أي من الثنائيين يكون في حالة إنحياز أمامي وأي منها يكون في حالة إنحياز عكسي ومتى أي نوع من الثنائيات يقوم بعمل الثنائي العادي والمصباح معا 19

19 الترانزستور )Transistor( عنصر إلكتروني يتكون من ثالث شرائح أي وصلتي )P-N( متحدتين معا وتشكالن ثنائيين متصلين معا كما في الشكل. لهذا االتصال حالتان : األولى حالة )NPN( حيث تشترك الوصلتان في الشريحة الموجبة. الحالة الثانية )PNP( حيث تشتركان في الشريحة السالبة. أول ترانزستور أخترع عام 1948 م P N P N P N الباعث المجمع الباعث المجمع القاعدة القاعدة E الباعث C المجمع C المجمع PNP E الباعث NPN B القاعدة B القاعدة تمثيل الترانزستور أشكال مختلفة للترانزستور نالحظ من الشكل أن الشريحة الوسطى تعاكس الشريحتين األخريين من حيث النوع وتسمى القاعدة )Base( ويرمز لها بالرمز )B(. أما الشريحتان على األطراف فتسمى احداهما الباعث )Emitter( ورمزها )E( وتسمى األخرى المجمع Collec-(.)C( ورمزها )tor نشاط التعرف على الترانزستورات: إحضار مجموعة من الترانزستورات المختلفة للتعرف على: أ- عدد أرجلها ب- شكلها ج- المادة التي تغلفها د- إستخدامها. استعماالت الترانزستور الترانزستور مضخما : للترانزستورثالثة أنماطتوصيل رئيسة تتحددبناء على الوظيفة المتوخاةمن الدارة هي: 20

20 والتيار: الجهد فرق لتضخيم تستخدم التي المشترك الباعث توصيلة أ الجهد الجهد خارجة موجة والتيار. الجهد م يضخ الترانزستور داخلة موجة. الجهد فرق تضخيم على تعمل المشتركة القاعدة توصيلة ب الجهد الجهد خارجة موجة الجهد. م يضخ الترانزستور داخلة موجة. التيار تضخيم على تعمل المشترك المجمع توصيلة ج التيار التيار خارجة موجة التيار. م يضخ الترانزستور داخلة موجة نشاط التيار تكبير اختبار التيار. تضخيم الحظ مضخما ( ترانزستور )دارة اآلتية: الدارة وصل على اعمل A1 إلى A2 األميتر قراءة بين النسبة ما - الدارة( لهذه التضخيم 10٠ )معامل القيمة من قريبة النسبة هل - الدليل. الموجودةفي القيمة التيحصلتعليهامع القيمة وقارن الترانزستور دليل إلى ارجع - 1K Ω A1 12V A2 Bc Ω الترانزستور في التيار تكبير اختبار دارة 21

21 الترانزستور مفتاحا : بالنظر إلى الشكل اآلتي بداية عندما يكون فرق جهد القاعدة صغير جدا أي أن وصلة القاعدة -الباعث في حالة انحياز عكسي وحالته هي القطع )off( نالحظ أن المصباح غير مضيء. ولكن بزيادة فرق الجهد على القاعدة إلى حد معين تصبح وصلة القاعدة-الباعث في حالة انحياز أمامي 1k Ω D2144 وتكون حالة الترانزستور هي الوصل) on ( حيث يمر التيار في جامع الترانزستور وعندها يضيء المصباح في هذه الدارة يعمل الترانزستوركمفتاح يتحكم به بوساطة فرق الجهد بين القاعدة والباعث. 5V دارة يعمل الترانزستور فيها مفتاحا 12V التطبيقات العملية التي يستخدم فيها الترانزستور مفتاحا إلكترونيا : 1- تشغيل مصابيح اإلشارة. 2- تشغيل دارات اإلنذار واألجهزة التي يتم التحكم بها عن ب عد. ٣- بوابة رقمية في الدارات الرقمية والحاسوب. 4- مصابيح تحديد االتجاه. مزايا الترانزستور كمفتاح: عند مقارنة المفاتيح الترانزستورية بمثيالتها اإللكتروميكانيكية نجد أن األولى تتمتع بعدة مزايا منها: عدم احتواء المفاتيح الترانزستورية أجزاء ميكانيكية قد تتعرض للتلف. عدم حدوث شرارة كهربائية وهذه مالزمة للمفاتيح الميكانيكية وتؤدي إلى تلف تماساتها. سرعة الوصل والفصل بالمقارنة مع المفاتيح الميكانيكية. عدم حاجة المفاتيح الترانزستورية إلى عمليات صيانة. قليل التكلفة. موفر للطاقة. مصابيح إشارة للتحذير 22

22 نشاط صالحية الترانزستور: يمكن تحديد صالحية الترانزستور ومعرفة بعض أطرافه من خالل نتائج الجداول اآلتية وذلك بعد وضع مؤشر جهاز القياس على خانة المقاومة أو الثنائي ( (. ترانزستور من نوع )PNP( ترانزستور من نوع )NPN( النتيجة B E C النتيجة B E C On On Off Off Off Off Off Off On On Off Off الحظ أن عدم مطابقة أي من الحاالت الست لنتيجة فحص الترانزستور حسب الجداول أعاله تعني أنه معطوب. أحضر ترانزستورات من نوع )640 )PNP) (Bc مثال وآخر )639 )NPN) (Bc وتأكد من صالحيتها وحدد قاعدتها )B(. نستفيد من الجدولين في النشاط السابق معرفة صالحية الترانزستور وتحديد قاعدته فقط ولتحديد بقية األرجل والبدائل يتم الرجوع إلى كتاب البدائل والمواصفات. البدائل المخطط المواصفات التركيب النوع 1S2758 Si-Di Gi-Uni, 1000V, 3A 31a BY255, 1N5408 2SD1518 Si-N S-L, 900V,6A, 50W 18j BU426A, BUDW11 جزء من كتاب البدائل والمواصفات أسئلة وتدريبات عرف الترانزستور واذكر استخداماته. عدد مزايا استخدام الترانزستور مفتاحا مقارنة مع المفاتيح األخرى. 560 Ω في الدارة اآلتية: ١- حدد العناصر الكهربائية واإللكترونية. 9V 22K Ω 1K Ω BFY51 ٢- حدد عمل كل عنصر في الدارة. ٣- قم بتوصيل الدارة وتأكد من عملها. ٤- ما عمل هذه الدارة 23

23 الدارات املتكاملة -IC-) (Integrated Circuits تتكون الدارة المتكاملة من أعداد من:الترانزستورات والثنائيات والمقاومات والمكثفات مصنوعة بطريقة تركيبية معينة بحيث تكون مجم عة على شريحة من مادة شبه موصلة. تقومبعض الدارات بوظيفةمحددة وبعضها اآلخربعدة وظائف والبعض اآلخر يمكن تحديد المهام التي تقوم بها عن طريق برمجتها باستخدام أجهزة خاصة. متثيل الدارة املتكاملة: يختلف عدد األطراف من دارة متكاملة ألخرى فمنها ما له ثالثة أرجل كمنظمات الجهد ومنها ما له مئات األرجل مثل المعالجات الدقيقة في الحواسيب.)CPU( الشكل أدناه يمثل دارة متكاملة مكونة من 14 رجال ت عطىكل رجل رقما. مالحظة: الدارة املتكاملة قد حتتوي على أكثر من مليون بوابة منطقية رقم الدارة 7404 فتحة مؤشر لمعرفة الوصلة :دارة متكاملة 24 الحظ طريقة ترقيم األرجل ودور النقطة وفتحة المؤشر في تحديد األرقام. من ميزات الدارات املتكاملة: ١- صغيرة الحجم. ٢- تكلفتها منخفضة. ٣- سرعة األداء. ٤- تعدد الوظائف. ٥- سهولة التعامل معها. ٦- توفير الطاقة. الشريحة األرجل غطاء

24 املؤقت ( )Timer555 المؤقت 555 دارة متكاملة بسيطة يمكن استعمالها وبطرق مختلفة كعنصر تحكم في العديد من الدارات اإللكترونية وهي تحوي في تركيبها الداخلي على 25 ترانزستورا وثنائيين و 16 مقاومة. عند استخدامها في الدارة اإللكترونية يتم معاملتها على أنها وحدة منفردة بحيث يتم التعرف على مدخالتها ومخرجاتها من خالل دليل المستخدم. 1 أرضي مصدرتغذية مخرج المؤقت 555 نشاط دارة وم اض )غماز( األدوات الالزمة: دارة املؤقت املتكاملة 555 ثنائي باعث للضوء مكثف 0.1µF مكثف 10µF مقاومات Ω560 1KΩ مقاومة متغيرة 100KΩ بطارية 9V مفتاح الحظ الثنائي الباعث للضوء ماذا يحدث لسرعة اإلضاءة عند تغيير قيم املقاومة املتغيرة هل ميكنك طرح تطبيقات حياتية قد تستخدم هذه الدارة 25

25 املجسات حواس الدارات يعتمد اإلنسان على الحواس الخمس الستقبال المعلومات والبيانات المتعلقة باألشياء المختلفة من حوله.وبالمقابل فإن الدارات اإللكترونية تعتمد على المجسات للقيام بهذه العملية.يمكنك أن تعتبر المجسات بمثابة الحواس الخمس للدارات اإللكترونية. املجس اإللكتروني :)Sensor( أداة إلكترونية يمكنها استشعار الظروف والمؤثرات المحيطة بها وإرسال إشارات كهربائية قابلة للقراءة. يكاد ال يخلو جهاز إلكتروني من المجسات بدءا من شاشة اللمس في الهاتف المحمول إلى الباب الكهربائي الذي يفتح نتيجة اقترابك منه. قرنا اإلستشعار في الحيوان : امتدادان رفيعان يخرجان من الرأس في بعض الحشرات كالصراصير يقومان بوظيفتي الشم واللمس. أنواع مختلفة من المجسات أنواع املجسات ومبدأ عملها: ت صنف المجسات اعتمادا على التطبيقات التي تستخدم فيها ومنها: 1- املجسات الضوئية: هل حدث وتعثر الورق في الطابعة لديك أو انتهى الورق من الطابعة هل الحظت اإلشارة التي تظهر على الطابعة والتي تفيد بمكان تعثر الورق أو تفيد بنفاذ الورق هل سألت نفسك كيف تستشعر الطابعة مكان تعثر الورق أو نفاذه إن الجهاز الذي يقوم بهذه المهمة هي مجسات 26

26 تتأثر بالضوء الساقط عليها وتحوله إلى إشارة كهربائية يمكن قراءتها وإبداء رد فعل تجاهها وكثيرا ما نشاهد هذا النوع من المجسات في وحدات اإلضاءة االحتياطية ويستخدم أيضا في اآلالت المكتبية الستشعار وجود الورق ومكان تعثره في الطابعات وماكنات التصوير. 2- مجسات اللمس: هل خطر ببالك يوما ما الذي يحدث عندما تضغط على أيقونة على شاشة اللمس في هاتفك كيف يستشعر الهاتف أنك ضغطت على هذه األيقونة ال بد أن شاشات اللمس مزودة بمجسات تتأثر بتعرضها للقوة الفيزيائية الناشئة عن اللمس وتسمى مجسات اللمس. 3- مجسات األشعة حتت احلمراء: يتم استخدام جهاز التحكم عن بعد في التلفاز للتنقل بين القنوات. فكيف تنتقل اإلشارة من جهاز التحكم إلى التلفاز وما هذه اإلشارة يحتوي جهاز التحكم عن بعد على باعث لألشعة تحت الحمراء أما جهاز التلفاز فهو مزود بمجسات األشعة تحت الحمراء وهذه المجسات قادرة على استقبال األشعة الصادرة عن جهاز التحكم وتحويلها إلى اشارات كهربائية يتم ترجمتها إلى أوامر تشغيلية وتنفيذية كما أن هذا النوع من المجسات قادر أيضا على رصد الحركة لذا فإنها تستخدم بكثرة في كاميرات المراقبة وأنظمة اإلنذار كما تستخدم في التحكم بفتح وإغالق البوابات اإللكترونية. 4- املجسات الصوتية: يتأثر هذا النوع من المجسات بالموجات الصوتية ويعد الميكروفون أبرز تطبيق لهذا النوع من المجسات كما تستخدم هذه المجسات في أجهزة الهواتف المتنقلة الحديثة. 27

27 5- املجسات احلرارية: هل الحظت أنه عندما تصل درجة الحرارة إلى درجة معينة في سخان الماء الكهربائي يتوقف عن التسخين كيف يمكن لهذا السخان أن يقرأ درجة الحرارة التي وصل إليها الماء ويتمكن من إعطاء أمر بوقف عملية التسخين يسمى الجهاز الذي يقوم بقراءة درجة الحرارة وإبداء األوامر بناء على هذه القراءات بالمجس الحراري وهذه المجسات تقوم باستشعار درجة حرارة الوسط المحيط ومن ثم تحويلها إلى كميات كهربائية مكافئة وكثيرا ما نشاهد هذا النوع من المجسات في أنظمة التدفئة الذكية. 6- مجسات األمواج فوق الصوتية: تزود السيارات الحديثة بنظام يمكنها من معرفة بعدها عن العوائق في حالة الرجوع الى الخلف تقوم هذه التقنية على نوع من المجسات يصدر أمواجا بترددات عالية تسمى األمواج فوق الصوتية ويتم استقبالها في حال ارتدادها نتيجة لوجود عوائق فيستطيع بذلك معرفة بعد هذه العوائق عن السيارة. نشاط األدوات الالزمة: دارة غياب الضوء مقاومات )330 أوم 100 كيلو أوم(, 1 كيلو أوم. ترانزستور.BC547 مجس ضوئي )LDR( ثنائي باعث للضوء LED بطارية 9 فولت. 28

28 آلية التنفيذ: م 2 100K م D1 LED قم بوصل الدارة الكهربائية كما في الشكل. قم بتغطية المجس الضوئي )LDR( باستخدام اليد. راقب ماذا يحدث للثنائي الباعث للضوء م 3 1K مجس ضوئي LDR B C E T1 BC547 بطارية 9V 2 1.)LED( C 1 2 B 3 E الترانزستور BC547 أو :BC548 يستخدم الترانزستور في الدارة االلكترونية كمفتاح أو مضخم للجهد الكهربائي, في هذه الدارة سيقوم الترانزستور BC547 بوظيفة مفتاح حيث يغلق عندما يكون الجهد على الرجل B أكبر من الجهد على الرجل E, بفرق جهد يزيد عن 0.7 فولت. 3 رسم توضيح للترانزستور BC547 كيف تعمل الدارة ولماذا تضيء لمبة اإلشارة عند التعتيم على المجس الضوئي ما وظيفة الترانزستور في الدارة السابقة كيف يمكننا عكس طريقة عمل الدارة السابقة أنظمة التنبيه من احلرائق: هل سمعت يوما بأنظمة التنبيه من الحرائق هل شاهدتها هل شاهدت تلك العلب الدائرية المنتشرة على سقف الغرف والقاعات الكبيرة في المصانع والمؤسسات الكبيرة هل تعرف ما بداخل هذه العلب وكيف تعمل أنظمة التنبيه من الحرائق: هي أجهزة تقوم باستشعار بوادر الحرائق من الدخان والحرارة الزائدة وتحويلها الى اشارات سمعية او مرئية لتخبر اإلنسان ببداية حريق حتى يتعامل معه في مراحله المبكرة. 29 مجس دخان

29 أداة كهرومغناطيسية تحتاج للتيار الكهربائي لتوليد مجال مغناطيسي كاف لجذب نقاط تالمس صفائح حديدية فيعمل كما لو كان مفتاحا كهربائيا. مصباح مصدر جهد)ب( املرحل Relay( :) ويتكون المرحل من ملف كهربائي حول قضيب من الحديد باإلضافة إلى نقطة أو مجموعة من النقاط الكهربائية )التالمسات( التي تغلق أو تفتح الدارة. والدارة في الشكل المجاور توضح مبدأ عمل المرحل. نقاط التالمس ملف كهربائي مفتاح تشغيل المرحل يعد العزل الكهربائي من أهم مزايا المرحل حيث يعمل على الربط بين الدارات مصدر جهد)أ( الكهربائية المختلفة في فرق الجهد. منظم فرق اجلهد ( Regulator :)Voltage عند تصميم دارة كهربائية ومحاولة تثبيت الجهد عند قيمة معينة لتغذية دارة متكاملة أو أي حمل آخر فإننا سنضطر للتعامل مع منظمات الجهد األكثر شهرة وهي 78XX وهي دارة متكاملة تعمل على تثبيت الجهد عند قيمة معينة حسب القيمة المسجلة عليه فمثال 7803 يكون الناتج 3 فولت كذلك يضبط الجهد الخارج اذا تغير جهد المصدر إلى قيمة أعلى. يتكون منظم اجلهد 7805 من ثالث أرجل وهم املدخل واملخرج واالرضي والتى ميكن حتديدها بطريقة بسيطة جدا كالتالى:منسك باملنظم بحيث تكون الكتابة املوجودة عليه مقابلة لنا فيكون الطرف االيسر هو املدخلinput والطرف االمين هو املخرج output والطرف املتوسط G األرضي. نوضح الشرح بواسطة الدارة التالية: 1- منظم جهد 7805 وهو الذى يحافظ على جهد املخرج عند قيمة موجب 5 فولت. 2- مكثفان والهدف منهما هو تنعيم موجة املدخل من اي تشوهات او ذبذبات قد تكون موجودة فيهما وخاصة عند التحويل من اجلهد املتردد الى اجلهد املستمر. 3- LED والهدف منه االشارة الى أن الدارة تعمل. مت بحمد الله 30