سلسلة تعلم الالكترونيان من الالف الى الياء

فى البداية اود ان اقول ان هناك بعض المصطلحات الانجليزية التى يجب ان اذكرها بجانب الترجمة العربية و ذلك لانها كلمات قد تكون ترجمتها غير معبرة كليا عن معناها و لكن لا تقلق اخى فهى كلمات قليلة و قد تكون معروفة لك بطريقة او باخرى .

اتمنى ان يكون هناك تفاعل من الاعضاء و تكون هناك اسئلة منهم او مقترحات و تصحيحات لبعض المعلومات التى قد اكون مخطأ بشانها و ربما يضيف احد الاعضاء اضافة او تعليق يفيد بقية الاعضاء

سيتم تقسيم الدروس الى عدة مجموعات
1- المكونات الالكترونية COMPONENTS
2- نظريات عامة GENERAL THEORY
3- طرق اختبار و قياس المكونات و الدوائر الالكتروتية TEST AND MEASUREMENT
4- الدوائر المنطقية و الرقمية DIGITAL LOGIC CIRCUITS
5- نظريات التيار المستمر D.C. THEORY
6- الرسوم التخطيطية لبعض الانظمة الالكترونية





ابدأ ان شاء الله بالمجموعة الاولى و هى المكونات الالكترونية Components

و سنتعرض فيها لهذة المكونات ان شاء الله


1- المقاومة RESISTOR
2- المكثف CAPACITORS
3- ملفات الحث INDUCTORS
4- الدايود THE DIODE
5- البطاريات BATTERIES
6- الصواهر " الفيوزات " FUSES
7- المحولات THE TRANSFORMER
8- السماعات THE LOUDSPEAKER
9- الدوائر التكاملية INTEGRATED CIRCUITS
10- المفاتيح SWITCHES
11- شاشات العرض المختلفة
12- الريلاى ELECTROMAGNETIC RELAY
13- الاسلاك و الكابلات WIRES AND CABLES
14- سيفن سيجمينت 7SEGMENT DISPLAYS
15- لوحات الدوائر المطيوعة PRINTED CIRCUIT BOARDS


من المؤكد ان هذه ليست كل العناصر الالكترونية و لكنها اشهر العناصر الموجودة و اكثرها استخداما

بالنسبة للتوصيل على التوالى series



بالنسبة للتوصيل على التوازى Parallel





Variable Resistance او Potentiometer

و باختصار هى مقاومة لها قيمة متغيرة حسب الحاجة فلها زراع يمكن تحريكة للاختيار بين مدى معين من المقاومات و هذه صور توصيحية

ما هى الكهرباء ؟

لكى تعرف إجابه هذا السؤال . يجب أيضا أن تعرف بعض الأشياء و منها بناء الذره.
فالموضوع هنا أن الذره لها كتله و الكتله هى التى تجعل الذره تشغل جزء من الفراغ حتى لو كان بسيطا و هذه الكتله من الممكن أن تكون فى عدة صور أو حالات :
الحاله الصلبه
الحاله السائله
الحاله الغازيه
حاله البلازما


و الذره تتحرك تحت تأثير نوعين من الطاقه
طاقة الوضع POTENTIAL ENERGY
و طاقه الحركه KINETIC ENERGY
فالذره الكامله تشبه النظام الشمسى .لها مركز كالشمس (النواه -وتتكون من بروتونات و نيترونات) و الكواكب تدور حولها ( الإلكترونات ).
و توجد مدارات حول النواه تدور فيها الإلكترونات . وكل مدار له عدد معين من الإلكترونات المسموح لها بالتواجد فيه
فالمدار الأول القريب من النواه مسموح فيه ب 2 ألكترون و المدار الثانى 8 و الثالث 8 و الرابع 18 . إلخ.
فإذا ملىء أحد المدارات بدأ فى إستعمال المدار التالى . حتى يمتلىء المدار الأخير فتعتبر الذره خامله . و من أمثلة الذرات الخاملة ( الهيليوم و النيون والأرجون ).

المزج بن ذرتين أو أكثر يكون ما يعرف بالجزىء . مثل ملح الطعام ( NaCl ) و هو مركب من مزج كميائى بين ذرات الصوديوم ( Na ) و الكلور ( Cl )

كيف تنتج الكهرباء ؟

البروتونات توجد فى النواة و الإلكترونات تدور حول النواه فى مداراتها الخارجيه متأثرة بقوى الجذب من النواه( الناتجه من التجاذب بين الإلكترونات السالبة الشحنه و البروتونات الموجبة الشحنه) و قوى الطرد ( الناتجه عن دورانها السريع حول النواة).
وهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزن الذره .
ولكن فى وجود قوى شد خارجيه ( ذرات أخرى أو جهود موجبه ) فإن الإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء.

الشحنة الكهربيه

فى أيام الصيف الجافه عندما تمشط شعرك فإن شحنه ذرات شعرك وشحنة ذرات المشط سيتغيران فقد فقد شعرك بعض من الإلكترونات (فأصبحت ذرات شعرك أكثر إيجابيه ) و أعطاها لذرات المشط الذى أصبحت شحنته أكثر سالبية . و إذا أطفأت النور فى الحجره فإنك ربما ترى بعض من الشرارات التى تنتقل من المشط إلى شعرك و هذا ما يسمى بالكهرباء الإستاتيكيه .
ولكن لماذا تنتقل من المشط للشعر وليس العكس ؟
ذلك لأن النظام يبحث عن الإتزان . و ذلك يشبه فتحك لباب الثلاجه فى أحد الأيام الحاره وبعد بعض من الوقت ستصبح درجةالحراره بداخل الثلاجه مساويه لدرجة الحراره خارجها و هنا حدث الإتزان ( ولكن لا تنسى قطع الطاقه عن الثلاجه قبل إجراء التجربه ) .
فالذره أو الجسم المشحون يوجد به زياده فى الإلكترونات أو الشحنه و يسعى لتفريغها و إعطائها إلى جسم أخر تنقصه الشحنه .

بعض الناس يظنون أن الجسم المشحون هو جسم يحمل شحنه موجبه و هذا خطأ . فالذره عندما تكون فى حاجه إلى الإلكترونات فإنها بذلك تكون مشحونه بشحنه موجبه أما إذا كان بها زياده فى الإلكترونيات تكون بذلك مشحونه بشحنه سالبه .

وبما أن هذه الشحنات التى نتكلم عنها صغيره جدا جدا فإنه يجب إيجاد وحدات لها كبيره نسبيا حتى يمكن التعامل معها . وهذا ما فعله العالم كولوم (1736-1806 Charles Augustin Coulomb ) فلقد جعل الكولوم وحده تعبر عن شحنة الإلكترون .
1 كولوم = 6.24 بليون بليون وحدة شحنه. و إما أن يكون بالموجب أو بالسلب .

قانون كولوم للقوى الكهروستاتيكيه :

قوة الجذب أو التنافر (F)بين جسمين مشحونين يتناسب طرديا مع حاصل ضرب شحناتهما (Q) و يتناسب عكسيا مع الجذر التربيعى للمسافه بينهما.

قانون نيوتن للطاقه :

الطاقه لا تفنى ولا تستحدث من العدم . ولكنها تتحول من صوره إلى أخرى

فمثلا : فى البطاريه يتم تحويل الطاقه الكميائيه إلى طاقه كهربيه عند توصيلها فى الدائره و المحول الكهربى يحول الطاقه الميكانيكيه إلى طاقه كهربيه.

كيف تنفذ البطاريات ؟

لنفرض أن لديك إنائين بهما ماء .أحدهما مملوء و الأخر نصف مملوء و أنك أحضرت ماسوره بلاستيكيه صغيره لتصل بين الإنائين . ستلاحظ أن الماء سيمر من الإناء المملوء إلى الإناء النصف مملوء خلال الماسوره (وهذا هو التيار الكهربى) و سيستمر ذلك حتى يتعادل الضغط على طرفى الأنبوب ( فرق الضغط = 0)و هو مايعادل فرق الجهد فى البطاريه وعندما يحدث الإتزان فإن البطاريه قد ماتت .
و الوحده المستخدمه لقياس هذا الفرق فى الجهد هو الفولت ( وهو فرق الجهد الازم لتحريك شحنه مقدارها واحد كولوم لتبذل شغل مقداره واحد جول (JOULE)

[wow]


التيار والجهد الكهربى :

لكى نفهم الجهد الكهربى أكثر يمكننا أن نتخيل كوب زجاجى مملوء بالماء (وهنا يوجد الجهد كما فى البطارية ) وعندما نوصل هذا الكوب بأنبوب وندع الماء يتدفق خلال الأنبوب فإننا صنعنا تيارا (يماثل التيار الكهربى فى الأسلاك ) وكلما زاد معدل تدفق المياه فى الأنبوب فى الثانية الواحدة كلما زادت شدة التيار) وعندما يفرغ الكوب من محتواه من الماء تكون بطاريتنا نفذت .

لاحظ أن البطارية إذا كانت 10 فولت مثلا وهى جديدة (كوب الماء مملوء) فإن هذا هو أقصى جهد يمكن أن تعطيه ولكن يمكننا أن نزيد من التيار أو نقلله بواسطة تغيير حالة الصنبور من (مفتوح) إلى (مغلق).
ولكن تذكر أن هذا التيار يتناسب مع الجهد فكلما زاد الجهد (كمية الماءالموجودة فى الكوب ) كلما زاد التيار (معدل تدفق الماء فى الأنبوب).

وهكذا تعمل بطاريات التيار المستمر DC . أما فى حالة التيار المترددAC الذى نستخدمه فى منازلنا لتشغيل التليفزيون والغسالة وغيرهما فالأمر يختلف حيث لا ينضب مصدر الجهد الكهربى ويظل ثابتا حيث أنه لا يأتى من بطارية (كوب مياه ) ولكن من شركة توليد الكهرباء حيث توجد دائما كمية كافية من المياه تسمح لك بسحب المزيد والمزيد من التيار. (طبعا هذا مثال مثالى لا يتحقق حقيقيا ولكن عليك أن تضع هذه الفكرة فى رأسك)

وعندما يمر التيار (المائى) فى الأنبوب فإن هذا الأنبوب يحاول منع الماء من التدفق فيه عن طريق الإحتكاك مع السطح الداخلى أو عن طريق عدم وجود فراغ كافى داخل الأنبوب حتى يمر المزيد من الماء (كاما قل هذا الفراغ كلما زاد الضغط بداخل الأنبوب)

وطبعا يلزم لمرور التيار الكهربى أسلاك لكى يعبر من خلالها إلى المكونات المختلفة للدائرة (بالمناسبة فإن هذه المكونات تشبه الصمامات والمضخات فى أنبوب المياه السابق) حيث تقوم هذه العناصر بما فيها الأسلاك بممانعة التيار ومقاومته كل تبعا لتركيبه.

ولذلك دعونا نرى ما هى الأقسام الأساسية التى صنف علم الكهرباء بها المواد :

الموصلات CONDUCTORS والعوازل INSULATORS

1- الموصلات :
وهى المواد تمرر التيار الكهربى خلالها بسهولة حيث لا يجد منها سوى مقاومة بسيطة جدا لسريانه .

2- العوازل :
وهى المواد التى يقابل فيها التيار الكهربى بمقاومة شديدة يبذل فيها طاقة كبيرة جدا فى محاولته للمرور خلالها ولكن هيهات.

والأسلاك الكهربية التى نستخدمها تصنع من هاذين النوعين من المواد حيث يكون السلك الداخلى من مادة موصلة مغطاً بغلاف من مادة عازلة وذلك لعدة أسباب من أهمها حماية جسدك من صدمة كهربية عندما تلمس تلك الأسلاك . والسبب الأخر هو عزل الأسلاك عن بعضها حتى لا يحدث قصربينها وهذا القصر ممكن أن يؤدى إلى إنصهارها وإحداث حرائق وانفجارات وخسائر فى الأرواح.

من الموصلات الجيدة (الذهب و النحاس والفضة ) أما من العوازل الجيدة (البيلاستيك والزجاج والهواء )

توجدبعض المواد لا تنستطيع أن نقول عنها أنها موصلة كما لا نستطيع أن نقول أنها عازلة وهذه المواد أطلق عليها أسم أشباه الموصلات semi-conductors وهى مثل (الكربون والسيلكون والجرمانيوم )
وهذه الأشباه موصلات مهمة جدا فى مجال الإلكترونيات حيث تصنع منها كثير من المكونات الإلكترونية من المقاومات إلى الترانزستورات إلى الدوائر المتكاملة IC والتى هى أساس البناء فى مكونات حاسبك الشخصى .

يوجد نوع أخر يمكن لبعض المواد أن تصنف خلاله وهو الموصلات الفائقة Superconductivity حيث يمر التيار الكهربى فى هذه المواد دون أى مقاومة . ولكن هذه المواد لا يمكنها أن تعمل بتلك الخاصية عند درجة حرارة الغرفة العادية ولهذا السبب مازال البحث فيها جاريا داخل المعامل .لذلك لا تشغل بالك بها الأن. [/size]
المقاومة :





المواد المختلفة تختلف فى قدرتها على توصيل التيار الكهربى ويمكن تشبيه المقاومة بالإحتكاك فى الميكانيكا .

والمقاومة يرمز لها عادة بالرمز R وتقاس بالأوم OHMS ورمزها بالاتينية هو أوميجا (يشبه حدوة الحصان) أما عن طريقة رسمها فى مخططات الدوائر فى ترسم كخط منكسر عدة كسرات



والمقاومة التى مقاومتها أوم واحد يمكن أن تسمح لتيار مقداره 1 أمبير للمرور خلالها عندما يكون الجهد عليها مساويا واحد فولت .

والمواد التى لها مقاومة كبيرة يلزمها طاقة كبيرة لإثارة الإلكترونات بها حتى توصل التيار الكهربى وهذه الطاقة تظهر فى صورة حرارة ولهذا تجد داخل أجهزة الحاسبات مبردات heatsinks لتبريد هذه المكونات وذلك لزيادة عمرها الإفتراضى.

و على المقاومة يعتمد عمل الكثير من الأجهزة الموجودة فى حياتنا اليومية مثل السخان الكهربى الذى نسخن به الماء فى المنازل .

ويمكننا ملاحظة قيمة المقاومة المكتوبة على السماعات speakers والتى تحدد كم من الأومات على السماعة أن تقاوم قبل أن تفسد (تكافىء المقاومة القصوى الذى يمكن أن يتحملها الأنبوب الذى يمر فيه الماء قبل أن ينفجر)

والمقاومة لموصل تحدد بأربع عوامل :
1- مقاومة مادة الموصل
2- حجم الموصل
3- طول الموصل
4- درجة حرارة الموصل

ويمكن الربط بينهم بالقانون
R=pL/A

حيث R هى المقاومة بالأوم
و L هو طول الموصل بالمتر
و A هو المساحة المقطعية لهذا الموصل بالمتر مربع
و p هى المقاومة النوعية resistivity للموصل والتى تعتمد على تركيب الموصل ودرجة الحرارة وحجم الموصل.

لاحظ أنه كلما قلت المساحة المقطعية للسلك كلما زادت مقاومته أى أن الأسلاك الرفيعة أكثر إعاقة للتيار من الأسلاك السميكة.


من القانون R=pL/A نلاحظ ايضا أن مقاومة السلك تزيد مع زيادة طوله كذلك تزيد المقاومة مع زيادة درجة حرارة السلك.

ولكن لماذا لا يوصل السلك التيار بصورة أفضل عند إرتفاع درجة حرارته ؟

عند إرتفاع درجة حرارة الموصل يتحرر الكثير من الإلكترونات وتصبح حرة ولكنها لا تسير فى إتجاه التيار بقدر ما تصطدم ببعضها البعض مما يعيق سريان التيار الإلكترونى ولا يقويه .



وكما للأسلاك مقاومة فإن لكل عنصر كهربائي مقاومة كهربائية خاصة به
و قد تكون هذه العناصر الكهربائية مصنعة بتلك المقاومة عن سبيل القصد .. و أعطي أمثلة على ذلك :


1- مقاومة سلك السخانة الكهربائية .. حيث أنه تم اختيار مادة السلك ذات مقاومة عالية لتسخن عند مرور التيار الكهربائي بها
و الغرض الوحيد من المقاومة هنا تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية .
و لما كانت الحرارة هي القصد هنا .. فيجب أن تكون المادة الناقلة ذات تحمل جيد لدرجات الحرارة العالية و مقاومة التأكسد الذي ستتعرض له مع ارتفاع درجة الحرارة في الهواء و بالتالي تقصير عمر الناقل .. فتستخدم مادة التنغستين هنا مثلاً لما تتميز به من تحمل للحرارة .


2- عناصر المقاومة الالكترونية – التي نجدها في الأجهزة الالكترونية ..
هنا تصنع هذه العناصر بهذه الصفات المقاومة عن سبيل القصد – و ليس كحالة مقاومة أسلاك التوصيل المفروضة علينا شئنا أم أبينا ..-
تستخدم هذه المقاومات من أجل تحديد قيمة التيار و بالتالي الجهد الكهربائي في كل نقطة من نقاط الدارة الالكترونية
بحيث يتم تأمين ظروف العمل الصحيحة لهذا العنصر الالكتروني أو ذاك .
إذاً الهدف هنا ليس هو نشر الحرارة على الاطلاق و هذا الأمر يجب الانتباه إليه
و عموماً فإن معظم المقاومات المستخدمة في الدارات الالكترونية تكون ذات قيم كبيرة لأن جهد التغذية يكون صغير -غالباً …
مثلاً جهد 5 أو 12 فولت أو 24 فولت ..
كما أن الاستطاعة الكهربائية الكلية للجهاز الالكتروني عادة ما تكون صغيرة فمثلاً جهاز التلفزيون أو الكومبيوتر استطاعته أقل من 100 واط .. بينما استطاعة بعض أجهزة الراديو أقل من واط واحد ..
بينما استطاعة السخان الكهربائي قد تصل إلى 2200 واط ..
و تكون أشكال و أحجام المقاومات الكهربائية في الأجهزة الالكترونية متناسبة مع الوظيفة
فهناك مقاومات مختلفة لها نفس القيمة الأومية .. لكنها تختلف بالحجم كثيراً .. بحسب التيارات المفروضة عليها ..


إذاً : المقاومة الالكترونية لها عدة بارامترات أساسية


1- قيمة المقاومة الكهربائية مقدرة بالأوم : هناك قيم محددة ضمن مقياس عالمي تم اعتمادها متوفرة عملياً . أما إن لزم قيماً مخالفة لتلك فيجب تركيبها من القيم المتوفرة عن طريق الربط التسلسلي و التفرعي و المختلط لتلك المقاومات – و قد جاء تفصيل لذلك الأمر في دروس لأستاذي محمد زكي يمكن مراجعتها لمن يرغب .


2- الاستطاعة مقدرة بالواط : و هي الاستطاعة العظمى التي يمكن لجسم المقاومة تبديده دون أن تتعرض للتلف .
و هذه الاستطاعة تتحدد من نوع التعليب و الغلاف المستخدم . أيضاً هناك عدد من الأغلفة المعيارية المستخدمة
فهناك 1/8 واط 1/6 واط 1/ 4 واط 1/ 2 واط … و هي تعرف من حجمها .. كما أن هناك بعض الأغلفة الخاصة للاستطاعات الأكبر ..


3-الدقة و سماحية التفاوت : معظم المقاومات تصنع بقيم تتراوح حول قيمتها المعيارية الأسمية بمقدار 5/100 و يمكن تمييز ذلك من خلال الخطوط المرسومة على المقاومة حيث يستخدم الشريط الرابع باللون الذهبي للدلالة على ذلك ..
و لكن هناك بعض التطبيقات مثل أجهزة القياس يتوجب معها أن تكون المقاومات ذات دقة عالية لأن التفاوت في هذه القيم يؤثر على دقة القياس .. و كتطبيق آخر المقاومات المستخدمة في بعض الدارات المهتزة (مولدات الاهتزاز) قد يكون الخطأ فيها يؤدي إلى اختلال العمل في الجهاز ..

هناك حديثاً شكل جديد للعناصر الالكترونية التي قد نراها في الأجهزة الدقيقة و الحديثة مثل دارات الكومبوتر و الريسيفرات الرقمية و الآلات الحاسبة .. و هي مقاومات مصنعة وفق تقنية اللصق السطحي smd و هي عناصر صغيرة يتم توضيعها على البورد من طرف واحد فقط حيث يتم لحامها بواسطة الهواء الحار مع قصدير من نوع خاص على شكل الكريم (هلام)

سؤال : كيف لي أن أعرف أي المقاومات أختار من حيث الاستطاعة ؟؟

أنظر إلى مخطط الدارة الالكترونية .. فألاحظ قيمة الجهد بين طرفي المقاومة و قيمة المقاومة المستخدمة
مثلاً تربط مقاومة قيمتها 1 كيلو أوم بين جهد التغذية 12 فولت و مجمع ترانزستور .. حيث أن باعث الترانزستور موصول إلى الأرضي المشترك للدارة (الجهد السالب) .. أقول عند ذلك قد تتعرض المقاومة إلى فرق جهد مقداره 12 فولت كحد أقصى و لما كانت قيمة المقاومة ا كيلو أوم . فإن التيار الذي سيسري بحسب قانون أوم :
التيار = فرق الجهد / قيمة المقاومة
التيار = 12/ 1000= 0.012 أمبير أو 12 ميلي أمبير
و حسب قانون الاستطاعة الكهربائية
الاستطاعة = الجهد * التيار
الاستطاعة = 12فولت * 12ميلي أمبير = 144 ميلي واط
و هكذا يجب انتقاء أي مقاومة ذات استطاعة تتحمل تبديد هذه الاستطاعة على الأقل .. و الخيارات واسعة
و لا ضرورة لاستخدام مقاومة تتحمل 1000 ميلي واط = ا واط مثلاً لعدة أسباب
كبر الحجم – زيادة الكلفة
ربما تكون المقاومة رخيصة جداً .. و لكن تخيل أن معملاً ينتج 500 تلفزيون يومياً مثلاً .. و كل تلفزيون يحتوي 100 مقاومة صغيرة .. هنا سيكون لموضوع الكلفة أهمية .. كما أن الاتجاه العام نحو تصغير حجم الأجهزة الالكترونية مع رفع التقنية المستخدمة .




--------------------------------------------------------------------------------

و قد تكون المقاومة الكهربائية للعنصر الكهربائي مفروضة علينا .. و ليست عبارة عن عنصر كهربائي مقصود بالدارة
مثل مقاومة أسلاك النقل للتيار الكهربائي .. والمقاومة الكهربائية للملفات في المحولات … و غيرها ..
ففي هذه الحالة نرغب أن تكون هذه المقاومة تساوي الصفر .. و لكن للأسف المقاومة موجودة بسبب أن ناقلية النحاس و الالمنيوم ليست معدومة بل هناك مقدار معين لها فالعامل p في قانون المقاومة حيث أنه لا يساوي الصفر لأي مادة كانت –
ففي التمديد المنزلي للكهرباء على سبيل المثال :
إن مرور التيار ضمن الاسلاك من المنبع (ساعة الكهرباء) إلى الأحمال الكهربائية في المنزل (سخان كهربائي- مكواة- غسالة اوتومتيك..) يؤدي إلى نشر بعض الحرارة في أسلاك التوصيل .. و هذا أمر سيء لكن يمكن التغاضي عنه ضمن الحدود الآمنة التي لا يحدث معها أي ارتفاع للحرارة قد يسبب انصهار العوازل حولها و بالتالي حالات القصر الخطيرة ..
بينما هناك مشكلة أخرى .. و هي أن مرور التيار ضمن السلك الكهربائي قد تسبب هبوط الجهد عند الحمل

تطبيق عملي


بفرض أن لدينا سلك نحاسي ذو طول و مقطع ما .. المهم أن مقاومته الكلية (الخط الذاهب و العائد – phase & neuterial) 1 أوم
و هذا السلك يغذي منزل يستهلك أحمالاً كهربائية تستلزم تياراً مقداره 35 أمبير ..
طبعاً التغذية عند المنبع 220 فولت [/size]

ic
في أي نبيطة إلكترونية تحدد دائرة معينة مسار التيار الكهربائي الذي يشغل النبيطة. وللحاسب الآلي دائرة معقدة، تتكون معظم أجزائها من دوائر أصغر، تؤدي وظائف معينة.
ولا تعمل كل الدوائر بالضرورة في الوقت نفسه. فهناك مكوِّنات معينة تؤدي وظيفة "المفاتيح" الإلكترونية، التي تعمل على تشغيل الدوائر وإيقافها حسب الحاجة. وتؤدي المفاتيح هذه الوظيفة بالتحكم في التيار المار عبر الدائرة. فعندما يسمح المفتاح بمرور التيار تصبح الدائرة في حالة عمل، وعندما يوقف المفتاح التيار تتوقف الدائرة بدورها عن العمل.


# كيف تعمل الدائرة:
لفهم كيفية عمل الدائرة الإلكترونية نحتاج إلى بعض المعلومات المرتبطة بالذرات , فلكل ذرة إلكترون واحد أو أكثر، يحمل كل منها شحنة كهربائية سالبة , وتحتوي الذرات أيضًا على بروتونات، وهي جسيمات يحمل كل منها شحنة كهربائية موجبة , والشحنات المختلفة تتجاذب، ولكن الشحنات المتشابهة تتنافر (يتباعد بعضها عن بعض) , وينبني تشغيل الدائرة على مبدأ التجاذب بين الشحنات المختلفة.

يكوِّن سريان الإلكترونات في اتجاه واحد، في الوقت نفسه، تيارًا كهربائيًا. والفولتية، والتي تسمى أيضًا القوة الدافعة الكهربائية، هي الضغط (أو القوة) الذي يدفع الإلكترونات. والفولتية في الدوائر الكهربائية هي التجاذب الكهربائي الذي يسببه اختلاف الشحنات بين نقطتين في الدائرة، ويوفرها مصدر قدرة كهربائية، حيث تأتي الفولتية السالبة من أحد جانبي مصدر القدرة، بينما تأتي الفولتية الموجبة من الطرف الآخر. وتستخدم البطاريات عادة مصادر قدرة، ولكن النظم التي توصل بمأخذ التيار الكهربائي تتلقى القدرة من محطة قدرة تجارية.

وتسري الإلكترونات من طرف الفولتية السالبة لدائرة إلى طرف الفولتية الموجبة، حيث تولد هذه الحركة الإكترونية تيارًا كهربائيًا. ولكن العلماء اعتادوا اعتبار أن سريان التيار الكهربائي يكون من الموجب إلى السالب. فحتى أواخر القرن التاسع عشر الميلادي ظل العلماء يعتقدون خطأ أن التيار الكهربائي يسري في ذلك الاتجاه.

وتصنع الأسلاك، وأجزاء معينة أخرى من الدوائر، من مواد تسمى الموصلات، ذات قدرة على حمل التيار الكهربائي. وفي كل ذرة من ذرات الموصلات، والتي تشتمل على الفلزات، إلكترون واحد أو أكثر يمكنه التحرك من ذرة إلى أخرى، وتسمى هذه الإلكترونات الإلكترونات الحرة أو حاملات الشحنة. وتحتوي الدوائر أيضًا على عوازل، وهي مواد توقف التيار، لأنها لاتحتوي على حاملات شحنة متحركة.

وأثناء حركتها عبر الموصل تتصادم الإلكترونات مع ذرات المادة. ويعوق كل تصادم سريان الإلكترونات، ويسبب فقدانها لبعض الطاقة في شكل حرارة. وتسمى إعاقة التيار الكهربائي، والتي تغير الطاقة الكهربائية إلى حرارة، المقاومة.

وقد يحطم تراكم الحرارة الدائرة. ويستخدم الحاسب الإلكتروني كمية قليلة جدًا من التيار الكهربائي، ولذا فإن خطر التسخين المفرط غير وارد. ولكن بعض الحواسيب تولد كمية كبيرة جدًا من الحرارة، مما يستدعي تبريد دوائرها بانتظام. ويأتي الأزيز الصادر عن الحاسوب الشخصي المكتبي من مروحة صغيرة وظيفتها تبريد النظام.



# أنواع الدوائر الإلكترونية: ينتج المصنعون نوعين من الدوائر الإلكترونية:
1- دوائر تقليدية:
تتكون من مكوِّنات إلكترونية منفصلة، متصلة بعضها ببعض بأسلاك، ومثبتة على قاعدة. وفي معظم الحالات يثبت المصنعون المكوِّنات إلى لوحة دوائر مطبوعة، وهي قطعة رقيقة من مادة بلاستيكية، أو غيرها، تطبع عليها "الأسلاك" النحاسية بعملية كيميائية، عند صنعها. وفي الحاسب الإلكتروني توصل كل الأجزاء الإلكترونية للدائرة الرئيسية على لوحة دوائر مطبوعة.

2- دوائر متكاملة:
تحتوي على مكوِّنات وموصلات توضع داخل رقاقة وفوقها. والرقاقة قطعة صغيرة من مادة شبه موصلة، تصنع عادة من السليكون .
وشبه الموصل مادة توصل التيار الكهربائي أفضل من العازل، ولكن ليس بمستوى جودة توصيل الموصل. ولا تؤدي الرقاقة وظيفة القاعدة فحسب، ولكنها أيضًا جزء أساسي من الدائرة. ولا يتعدى أحجام معظم الرقاقات حجم ظفر الأصبع. وتكوِّن الدوائر المتكاملة في العادة جزءًا من مكوِّنات الدوائر التقليدية.


* لصنع الدائرة المتكاملة يعد التقني تصميمًا رئيسيًا كبيرًا للدائرة بمساعدة حاسوب. وباستخدام التصوير الضوئي يقلل التصميم الرئيسي إلى حجم مجهري. ويعالج مصنعو الرقائق السليكون، لتغيير خواصه التوصيلية، بإضافة كميات صغيرة من مواد تسمى المحورات، مثل البورون والفوسفور.

وتمثل المناطق المعالجة المكوِّنات الإلكترونية للرقاقة. وقد تحتوي الرقاقة الواحدة على ملايين الأجزاء المجهرية الموصلة "بخطوط" فلزية رقيقة. وينظم صانعو الرقائق الأجزاء والتوصيلات في أنماط معقدة، ذات طبقات عديدة. وتركب الدوائر المكتملة الصنع داخل أغلفة مثبتة على لوحة دوائر مطبوعة. ولصغر أحجامها، تتفوق الدوائر المتكاملة على الدوائر التقليدية بعدد من الامتيازات. فهي على سبيل المثال، أسرع في عملها، لأن الإشارات تنتقل عبر مسافات قصيرة. وبالإضافة إلى ذلك، تحتاج الدوائر المتكاملة قدرة أقل، وتولد حرارة أقل، وتكلفة تشغيلها أقل، مقارنة بالدوائر التقليدية. والدوائر المتكاملة أيضًا أدق في عملها، لأن التوصيلات المعرضة للفشل فيها قليلة. ولكن التيارات القوية والفولتيات العالية قد تحطم الدوائر المتكاملة، وذلك لصغر أحجامها.

وبإمكان نوع من الدوائر المتكاملة يسمى المعالج الدقيق، أداء كل الوظائف الرياضية، وبعض وظائف الذاكرة، التي تؤديها الحواسيب الكبيرة. وتتحكم المعالجات الدقيقة في العديد من المنتجات، مثل ألعاب الفيديو وأفران المايكروويف والروبوتات وبعض الهواتف. ويؤدي المعالج الدقيق وظيفة "الدماغ" في كل الحواسيب الشخصية. وتحتوي الحواسيب الكبيرة على معالجات دقيقة عديدة، يعمل بعضها مع بعض، في الوقت نفسه.


وفي النبائط الإلكترونية يستخدم نوعان أساسيان من المكوِّنات داخل الدوائر، للتحكم في الإشارات وتحويرها، وهما :
1- الصمامات الإلكترونية:
تتحكم الصمامات الإلكترونية في سريان الإشارات الكهربائية عبر الغازات أو الفراغات. والصمامات المفرغة هي أكثر أنواع الصمامات الإلكترونية استخدامًا، وهي حاويات زجاجية أو فلزية، أزيل عنها معظم الهواء. وتنتج عناصر فلزية متعددة داخل الصمام أحزمة من الإلكترونات، وتتحكم فيها.

وقد استخدمت الصمامات المفرغة في كل الأجهزة الإلكترونية، في الفترة الممتدة بين عشرينيات وخمسينيات القرن العشرين، ولاتزال أنواع خاصة من هذه الصمامات تستخدم في بعض الأجهزة حتى اليوم. فشاشة جهاز التلفاز، على سبيل المثال، هي النهاية الطرفية لصمام مفرغ كبير يسمى صمام الأشعة الكاثودية. وتنتج أنواع أخرى من الصمامات المفرغة الإشارات الراديوية والرادارية، والأشعة السينية، والموجات الدقيقة.


2- نبائط حالة الصلابة:
تسمى الترانزستورات وبعض المكوِّنات الإلكترونية مكوِّنات حالة الصلابة، وذلك لأن الإشارات تسري عبر شبه موصل صلب بدلاً عن الفراغ. وتستهلك نبائط حالة الصلابة قدرة أقل، وتدوم لفترة أطول، وتحتل مساحة أقل، مقارنة بالصمامات المفرغة. وقد أنتج المهندسون أولى نبائط حالة الصلابة خلال أربعينيات القرن العشرين. ومنذ ذلك التاريخ حلت أشباه الموصلات محل الصمامات المفرغة في معظم الاستخدامات.

وتصنع مكوِّنات حالة الصلابة من السليكون، الذي ينتمي إلى أشباه الموصلات. والسليكون وغيره من أشباه الموصلات مفيدة، لأن العلماء يستطيعون ضبط مقاومتها بدقة، وبالتالي التحكم في سريان التيار عبرها.




* مثال للدوائر المتكاملة (الالكترونية ) الدائرة المستخدمة في الساعة الرقمية


داخل الساعة تثبت الدائرة المتكاملة خلف مربع صغير من البلاستيك يمكن رؤيته في منتصف الصورة , وتستخدم بلورة بمثابة نبيطة توقيت في الساعة , وتحفظ الدائرة المتكاملة التي تستمد القدرة من بطارية، البلورة في حالة ذبذبة , وهي تقوم بترجمة الذبذبات إلى نبضات كهربائية , وتحتوي هذه النبضات على معلومات الوقت والتاريخ وتقوم بتنشيط بلورات سائلة، تصبح مرئية كأرقام وحروف داكنه على وجه الساعة، كما في الصورة اليسرى.

بسم الله ماشاء الله على هذا المجهود الرائع

we are back