ما هو علم المكونات الإلكترونية

1- مشكلة الضوضاء الكهرومغناطيسية (EMI): تتعلق هذه المشكلة بتداخل الإشارات الكهربائية المختلفة، وتؤدي إلى تشويش الإشارات وعدم تشغيل الدائرة الإلكترونية بشكل صحيح. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق استخدام عوازل EMI وتصميم الدائرة بوجه معين لتجنب التداخلات.

2- مشكلة الاهتزازات الكهروميكانيكية (EMC): هذه المشكلة تنشأ بسبب اهتزاز الدائرة الإلكترونية في نطاق الترددات الميكانيكية، مما يؤدي إلى تشويش الإشارات وتعطيل الدائرة. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق استخدام عازل التحركات الكهروميكانيكية وتصميم الدائرة الإلكترونية بشكل محدد لتقليل الاهتزازات الكهروميكانيكية.

3- مشكلة التشويش الكهرومغناطيسي (ESD): تنشأ هذه المشكلة بسبب التصادم الكهربائي المؤقت بين مجموعة من الشحنات الكهربائية، مما يؤدي إلى إرسال تيار كهربائي إلى دائرة الكترونية وتدميرها. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق استخدام تقنيات الحماية من الصواعق الكهربائية والتصميم السليم لدائرة الكترونية.

4- مشكلة الحرارة: تتعلق هذه المشكلة بزيادة درجة حرارة دائرة الكترونية عن حد معين، مما يؤدي إلى تحلل المكونات الإلكترونية وتلف الدائرة. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق التحكم في الحرارة المنتجة داخل دائرة الكترونية من خلال استخدام أنظمة التبريد المناسبة وتصميم دائرة الكترونية بشكل مناسب.

المكونات الأساسية للدائرة الكهربائية هي:

1- مصدر الطاقة: عبارة عن جهاز يولد الطاقة الكهربائية للدائرة مثل البطارية أو مصدر الطاقة المتناوب (AC).

2- الإضاءة: وهي عبارة عن مصابيح أو لمبات تستخدم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء.

3- المفاتيح: وهي عبارة عن أجهزة تسمح لنا بتحويل التيار الكهربائي للدائرة عند الضرورة، مثل المفاتيح والزراديق.

4- الأسلاك: وهي عبارة عن الأسلاك التي تنقل التيار الكهربائي بين مختلف المكونات في الدائرة.

5- المقاومات: تستخدم لتقليل تدفق التيار الكهربائي في الدائرة.

6- المكثفات: تستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية وتحريرها في الوقت المناسب.

7- الملفات: تستخدم لتخزين الطاقة المغناطيسية قبل تحريرها في الوقت المناسب.

8- الدوائر المتكاملة: وهي مجموعة من المكونات الإلكترونية تنفذ وظائف معينة داخل الدائرة.

تعتبر الدوائر المتكاملة المنطقية (Integrated Circuit) عبارة عن شريحة إلكترونية صغيرة مكونة من العديد من المكونات الإلكترونية المختلفة مثل المقاومات والمكثفات والمعالجات والمسارات والمفاتيح والبوابات المنطقية وغيرها. تتميز هذه الدوائر بصغر حجمها وسرعتها في العمل وسهولتها في الاستخدام.

يمكن استخدام الدوائر المتكاملة المنطقية في العديد من التطبيقات الكهربائية والإلكترونية، مثل:

1- جهاز تحكم بالحرارة: حيث يمكن استخدام الدوائر المتكاملة المنطقية لقياس درجة الحرارة وتحويلها إلى إشارة رقمية يمكن استخدامها في التحكم بجهاز التكييف أو المروحة.

2- الأنظمة الأمنية: حيث يمكن استخدام الدوائر المتكاملة المنطقية في إنتاج أجهزة الحماية والأمان والكشف عن الحركة وإرسال إشارات التنبيه.

3- الحواسيب: حيث يمكن استخدام الدوائر المتكاملة المنطقية في تصميم المعالجات الرقمية والذاكرة والوحدات الحسابية.

4- صناعة الاتصالات: حيث يمكن استخدام الدوائر المتكاملة المنطقية في تصميم أجهزة الاتصالات وتحويل الإشارات الرقمية والتماثلية إلى إشارات صوتية أو فيديو.

5- الأتمتة الصناعية: حيث يمكن استخدام الدوائر المتكاملة المنطقية في تصميم أنظمة التحكم الآلي والروبوتات وأنظمة الإنتاج الآلي وغيرها.

تتميز الدوائر المتكاملة المنطقية بقدرتها على تحسين الكفاءة والدقة في العمل وتقليل التكلفة وزيادة المرونة في التصميم والتحكم.

الدائرة الكهربائية المتكاملة هي عبارة عن شريحة صغيرة تحتوي على عدد من المكونات الإلكترونية مثل المقاومات والمكثفات والمعالجات المركزية وغيرها. وهي تستخدم في صناعة الإلكترونيات والأجهزة المختلفة مثل الهواتف الذكية والحواسيب والأجهزة الإلكترونية المنزلية والمزيد. وتمكن الدوائر المتكاملة من تحسين أداء الأجهزة وجعلها أكثر فعالية وموثوقية.

الدوائر الكهربائية المتكاملة هي عبارة عن مجموعة من المكونات الإلكترونية الصغيرة، مثل المقاومات والمكثفات والمعالجات المركزية والذاكرات، التي تم تجميعها على مجموعة صغيرة من الرقاقات الإلكترونية الصغيرة. وتشمل الدوائر المتكاملة العديد من التقنيات، بما في ذلك الذاكرة العشوائية (RAM) وكذلك المعالج المركزي (CPU).

تتميز الدوائر المتكاملة بعدة ميزات، مثل الحجم الصغير وفعالية الطاقة والسرعة العالية والتكلفة المنخفضة وسهولة التصنيع، وهذا يجعلها مفيدة جدًا في تصميم الأنظمة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ومتحكمات الألعاب وأنظمة التحكم الآلي، إلخ.

ويتم استخدام الدوائر المتكاملة في الأنظمة الإلكترونية عندما يتم تصميم النظام الإلكتروني، يتم تحديد الوظائف التي يجب أن يؤديها النظام، ثم يتم تحديد الدوائر المتكاملة التي يمكن أن تستخدم لتنفيذ تلك الوظائف. وبعد ذلك، يتم تصميم دوائر إلكترونية أخرى لتوصيل الدوائر المتكاملة وتحويل التيار الكهربائي والتحكم في أجهزة الإدخال والإخراج وغيرها من المكونات، ويتم تجميع هذه الدوائر على اللوحة الإلكترونية لتشكيل النظام الإلكتروني النهائي.

تحتاج الدوائر الكهربائية والإلكترونية إلى التخطيط والتصميم وتطوير الدائرة، ثم تحتاج إلى تصنيع الدائرة نفسها. ويتم ذلك عادةً عن طريق الخطوات التالية:

1. التخطيط والتصميم:
إنشاء التصميم الابتدائي للدائرة باستخدام البرمجيات الخاصة بتصميم الدوائر الإلكترونية. يتم في هذه المرحلة تحديد وظيفة الدائرة وحجم الدائرة والمكونات المستخدمة والتأكد من توافقها، وتصميم المسارات الكهربائية وتحديد الصفائح الدائرية PCB واختيار حجم الدائرة.

2. تحويل التصميم إلى ملف PCB:
يتم تحويل تصميم الدائرة إلى ملف PCB يحتوي على جميع البيانات اللازمة للتصنيع.

3. التصنيع:
تصنّع الدوائر الإلكترونية باستخدام آلات الحفر PCB المحوسبة، والتي تقطع المسارات والفجوات في الصفائح الدائرية PCB. وتدخل المكونات الإلكترونية إلى المنطقة المخصصة لها على PCB ، بالاستناد إلى التوصيلات والصور التي تم إنشاؤها في الملف PCB.

4. التجميع:
يتم ربط المكونات الإلكترونية في PCB باستخدام أسلاك رفيعة ويتم اللحام بين المكونات والأسلاك باستخدام السخان الحراري.

5. الاختبار:
تخضع الدائرة الآن للاختبار للتأكد من أن جميع المكونات تعمل كما يشترطه التصميم. يتم اختبار كل مكون بشكل مستقل قبل تثبيته في الدائرة الكهربائية. تستخدم عدة طرق للاختبار، بما في ذلك الاختبار اليدوي والضغط على الدائرة بطريقة منتظمة وتوصيل القطبية وقياس معدلات الجهد الكهربائي.

تصميم الدوائر الكهربائية هو عملية تخطيط وتصميم الدوائر الإلكترونية لأجهزة مختلفة، مثل المعالجات الحاسوبية والسيارات والأجهزة الطبية والكهرومنزلية. يتضمن تصميم الدوائر الكهربائية الهندسة الكهربائية والإلكترونية، حيث تستخدم مختلف العناصر الإلكترونية مثل المكثفات والمقاومات والترانزستورات والديودات، وترتبط بطريقة معينة لتوليد تيار كهربائي يستخدم لتشغيل الأجهزة الإلكترونية.

تستخدم الدوائر الكهربائية في الأنظمة الإلكترونية لتشغيل العديد من المكونات الإلكترونية وتحسين أدائها، مما يساعد في تحسين إنتاجية الجهاز أو النظام. فعلى سبيل المثال، في الحواسيب، يتم استخدام الدوائر الكهربائية لتحسين أداء المعالج والذاكرة ولتوجيه تدفق البيانات بين المكونات المختلفة. وفي السيارات، يستخدم تصميم الدوائر الكهربائية للتحكم في العديد من الوظائف مثل الإضاءة وعمل المحرك، وكذلك لتحسين أداء أنظمة الصوت والملاحة.

بشكل عام، يمكن استخدام تصميم الدوائر الكهربائية في أي نظام إلكتروني يستخدم تيارا كهربائيا، سواء كان ذلك في الأجهزة المحمولة أو الأنظمة الصناعية أو الروبوتات. ويشير التطور التكنولوجي المستمر إلى أن الاعتماد على الدوائر الكهربائية في تشغيل الأجهزة الإلكترونية سيستمر في الارتفاع مستقبلا.

تتكون أنظمة السيارات من العديد من الدوائر الكهربائية المختلفة التي تعمل بالتناظر مع بعضها البعض لتحقيق وظائف مختلفة. تحتوي السيارة على مولد كهربائي يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية و يشحن بطارية السيارة. تتكون الدائرة الكهربائية الرئيسية من المفتاح الرئيسي، وحدة التحكم الإلكترونية، وحدة الشحن، والبطارية، والأضواء الخلفية والأمامية، والمصابيح الداخلية، وغيرهم.

عند تشغيل السيارة، يتم تشغيل المحرك الرئيسي ويبدأ المولد في توليد الطاقة الكهربائية، وبالتالي يتم شحن بطارية السيارة. تتلقى وحدة التحكم الإلكترونية إشارات من مختلف حساسات السيارات، مثل حساس درجة حرارة المحرك، وحساس موضع الكاميرا، وحساسات الاهتزاز، وغيرها. تستخدم وحدة التحكم الإلكترونية هذه الإشارات للتحكم في المحرك ونظام الفرامل والتوجيه والإضاءة والتسخين والتبريد وما إلى ذلك.

تعتمد الدوائر الكهربائية في أنظمة السيارات على الأسلاك والتوصيلات الجيدة لضمان أن تتم تدفق الطاقة الكهربائية بفاعلية ومن دون عوائق. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الصمامات والمفاتيح والكمثرى والكوندنساتورات والمقاومات وغيرها من المكونات الإلكترونية لضمان أن تصل الطاقة الكهربائية إلى الأجزاء المناسبة في الوقت المناسب وبالتفاصيل المطلوبة لتحقيق الوظائف الخاصة في السيارة.

تعتمد المعدات المستخدمة في تصنيع الدوائر الكهربائية على نوع الدائرة وحجمها. ومن بين المعدات الأساسية المستخدمة في تصنيع الدوائر الكهربائية:

1- آلات التصنيع بالتحكم الرقمي CNC، والتي تستخدم لتشكيل المواد الخام وتحويلها إلى دوائر كهربائية.

2- المكونات الإلكترونية، مثل المقاومات والمكثفات والترانزيستورات والبطاريات والمحولات والأسلاك والموصلات وغيرها.

3- آلات التصنيع بالطباعة الحرارية والتي تستخدم لنقل الدوائر الكهربائية إلى الأجزاء الدقيقة من الأشياء الأخرى.

4- آلات الثني والتشكيل والقطع لتشكيل الدوائر الكهربائية وتقطيعها بشكل دقيق.

5- آلات التقطيع بالليزر والتي تستخدم لتقطيع الدوائر الكهربائية على نحو دقيق.

6- المطابع الحرارية والتي تستخدم لطباعة الدوائر الكهربائية على الأشياء الأخرى.

7- الأدوات اليدوية والمعدات المساعدة، مثل الملقط والمفكات والفواصل وأدوات القياس وغيرها.

الدوائر الأساسية في الأنظمة الرقمية هي:

1. الدائرة المنطقية (Logic circuit): وهي الدائرة التي تستخدم فيها المدخلات الرقمية بصورة منطقية لإنتاج إشارة رقمية خارجية.

2. الدائرة المتكاملة (Integrated Circuit): وهي دائرة إلكترونية مصغرة تحتوي على أجزاء متعددة من المكونات الإلكترونية المختلفة.

3. المقاوم (Resistor): وهي الدائرة الأساسية التي تقدم مقاومة كهربائية في الدائرة الكهربائية.

4. المكثف (Capacitor): وهي الدائرة الكهربائية التي تخزن الطاقة الكهربائية في شكل شحنات كهربائية على مدى فترة زمنية معينة.

5. الملف اللولبي (Inductor): وهو جهاز كهربائي يستخدم لتخزين الطاقة المغناطيسية في حلقة ملف اللولبي، ويستخدم لترشيد تدفق التيار الكهربائي.

6. المتحكم المنطقي المبرمج (Programmable Logic Controller): وهو نوع من الكمبيوتر صمم للتحكم في التطبيقات الصناعية الأوتوماتيكية، وهو يحتوي على دوائر منطقية برمجية يمكن استخدامها لتحكم في الإشارات الرقمية المختلفة.