ما هي الدوائر الالكترونية

نظام الأعداد الثنائية هو نظام يستخدم في الحوسبة والرياضيات ويتألف من الرقمين 0 و 1. ويتم استخدام هذا النظام لتمثيل الأرقام والمعلومات في الحواسيب، حيث يتم تخزينها ومعالجتها بواسطة الدوائر الإلكترونية. ويتم تمثيل الأعداد الثنائية بنظام الأساس الثنائي، حيث يتم استخدام الأسس الأخرى في النظام العشري والنظام الثماني والنظام السداسي على سبيل المثال.

قد يؤدي التحميل الزائد إلى عدة آثار على الدائرة الكهربائية، بما في ذلك:

1- ارتفاع درجة حرارة الموصلات الكهربائية: حيث يتولد حرارة إضافية نتيجة القوة الكهرومحركة العالية المارّة في الموصلات الكهربائية، وهذا يتسبب في احتراق الأسلاك، وحدوث ضرر في المفاتيح والصمامات الكهربائية.

2- إنفجار الدائرة الكهربائية: يمكن للتيار العالي المار على طول الدائرة الكهربائية أن يتسبب في تحطيم الدوائر الإلكترونية والمكونات الأخرى، وحتى انفجار المصابيح.

3- انخفاض جودة التيار الكهربائي: يؤدي التحميل الزائد على الدائرة الكهربائية إلى تقليل قدرة الدائرة على توفير جودة تيار كهربائي مستقر.

4- تلف الأجهزة الكهربائية: يمكن أن يؤدي التحميل الزائد على الدائرة الكهربائية إلى تكسير وتلف المعادن والمواد الكهربائية داخل الأجهزة، ويؤدي هذا في النهاية إلى حدوث عطل في الأجهزة وتلفها.

القدرة الكهربائية هي القدرة على إنتاج الطاقة الكهربائية أو استهلاكها في الدوائر الإلكترونية. يتم قياس القدرة الكهربائية بوحدة الواط (W) وهي تعبر عن كمية الطاقة التي يمكن تحويلها في الوقت الواحد.

يمكن حساب القدرة الكهربائية باستخدام القانون الأساسي للطاقة الكهربائية والذي يقول أن القدرة الكهربائية (P) تساوي حاصل ضرب الجهد الكهربائي (V) بالتيار الكهربائي (I) أي P = VI.

يتم قياس الجهد الكهربائي بوحدة الفولت (V) والتيار الكهربائي بوحدة الأمبير (A) باستخدام أجهزة القياس الكهربائية مثل المولتيميتر. يتم توصيل المولتيميتر بالدائرة الكهربائية ويتم قياس الجهد الكهربائي والتيار الكهربائي ومن ثم يتم حساب القدرة الكهربائية باستخدام القانون المذكور أعلاه.

أنظمة التحويلات الكهربائية هي أجهزة تستخدم لتحويل الجهد الكهربائي من مستوى إلى آخر. يمكن استخدامها في الدوائر الالكترونية لتحويل الجهد والتيار الكهربائي. وتنقسم أنظمة التحويلات الكهربائية إلى نوعين رئيسيين:

1- محولات الجهد: وهي أنظمة تحويل الجهد الكهربائي من مستوى إلى آخر. فمثلاً، يمكن استخدام محولة جهد لتحويل جهد كهربائي 220 فولت إلى جهد كهربائي 110 فولت.

2- محولات التيار: وهي أنظمة تحويل التيار الكهربائي من نوع إلى آخر. فمثلاً، يمكن استخدام محولة تيار لتحويل تيار كهربائي متردد إلى تيار كهربائي مستمر.

تحتوي أنظمة التحويلات الكهربائية على مكونات مختلفة، مثل الملفات الكهربائية والمحولات الحديدية والدوائر الإلكترونية، وغالبًا ما يتم دمج هذه المكونات معًا لتحقيق الأداء المطلوب. تستخدم أنظمة التحويلات الكهربائية في العديد من التطبيقات، مثل صناعة السيارات والتحكم الصناعي والتكنولوجيا الطبية والطاقة الشمسية والمزيد.

أنظمة الإنارة الكهربائية هي الوسائل التي تستخدم لتوفير الإضاءة في المنازل والمباني والمساحات الخارجية والصناعية والتجارية. تتضمن هذه الأنظمة مصادر الإضاءة مثل المصابيح والمصابيح الفلورية وأنظمة الإضاءة الذكية.

تتكون أنظمة الإنارة الكهربائية من مجموعة من الأجهزة والمكونات الكهربائية التي تتعامل مع الطاقة الكهربائية وتحويلها إلى ضوء. يتم توصيل هذه المكونات معاً في دوائر كهربائية تعمل على توفير الطاقة للمصابيح وتحكم في الإضاءة.

يمكن تطبيق أنظمة الإنارة الكهربائية في الدوائر الالكترونية بمختلف الطرق، ومنها:

1- استخدام مصابيح LED: حيث يمكن استخدام مصابيح LED في الدوائر الالكترونية لتوفير الإضاءة بطريقة فعالة من حيث الطاقة والمساحة.

2- استخدام أنظمة تحويل الطاقة: يمكن استخدام أنظمة تحويل الطاقة الكهربائية لتحويل الجهد والتيار المناسبين لتشغيل المصابيح في الدوائر الالكترونية.

3- استخدام أنظمة التحكم في الإضاءة: يمكن استخدام أنظمة التحكم في الإضاءة لتحديد مستوى الإضاءة المطلوب في الدوائر الالكترونية وتوفير الطاقة اللازمة لذلك.

تصميم الدوائر الإلكترونية للمحركات الكهربائية يتبع عدة خطوات، وهي كما يلي:

1- تحديد متطلبات الدائرة الإلكترونية: يجب أولاً تحديد متطلبات الدائرة الإلكترونية المراد تصميمها مثل الجهد اللازم لتشغيل المحرك والتيار المطلوب والسرعة المطلوبة والكفاءة المطلوبة وغيرها.

2- اختيار المكونات: بعد تحديد المتطلبات، يتم اختيار المكونات الإلكترونية المناسبة لتلبية هذه المتطلبات مثل المقاومات والمكثفات والترانزستورات والمثبتات الخطية ومنظمات الجهد والمحولات والمحولات الحالة الصلبة.

3- تصميم الدائرة الكهربائية: يتم تصميم الدائرة الكهربائية الخاصة بتوصيل المكونات الإلكترونية معًا لتشكل الدائرة الكهربائية المطلوبة وفقا للمتطلبات المحددة.

4- تخطيط الدائرة: يتم تخطيط الدائرة الكهربائية على برنامج الحاسوب أو على ورقة التخطيط، وتشمل المعلومات اللازمة مثل المكونات والاسماء التجارية والقيم والرسومات اللازمة.

5- تجميع الدائرة واختبارها: بعد الانتهاء من تصميم الدائرة، يتم تجميع المكونات الإلكترونية معًا واختبار الدائرة للتحقق من أنها تعمل بشكل صحيح وفقا للمتطلبات المحددة.

6- النهائي: يتم إجراء أي تعديلات نهائية وإعداد الدوائر الإلكترونية النهائية للإنتاج والتصنيع.

يمكن أن تؤدي الجهود والتيارات العالية إلى حدوث مشاكل ومضاعفات في الدوائر الكهربائية، ومن أهم هذه المضاعفات:

1. السخونة: تزيد درجة حرارة الموصلات والأجزاء الداخلية في الدائرة مما يؤدي إلى تفاقم العيوب والتلف وفي بعض الحالات الإشتعال وتغير خواص وأداء التجزئات الإلكترونية.

2. الانفجار: كلما زاد التيار المار في الدائرة الكهربائية، كلما زادت احتمالية حدوث انفجار في الدوائر الالكترونية.

3. التحلل: من الممكن أن تسبب الجهود العالية التحلل في العوازل الخاصة بالموصلات الكهربائية، مما يؤدي إلى نقص في سماكتها وميزاتها الكهربائية ويؤدي في النهاية إلى تصدعها وتقويض عازل الجهد بشكل عام.

4. الإرتفاع اللمعي: يحدث عندما يكون هناك تيار كهربائي جاف (عبارة عن تمرير التيار في الهواء بدون مسارات توصيل) على سطح الموصل أو على نقاط عرض الفتحات في الدائرة الكهربائية، مما قد يؤدي إلى نشوء قوس كهربائي يولد حرارة كبيرة، ويمكن أن يؤدي هذا القوس إلى النيران.

5. الرطوبة والتآكل في الدوائر الحساسة. يمكن أن يتسبب التيار الزائد في حرق الأجزاء الداخلية للدائرة الكهربائية ويؤدي إلى الصدأ والتآكل من قبل الأجزاء المعدنية المكشوفة.

هناك العديد من النظم المتعددة المستخدمة في الدوائر الكهربائية، ومنها:

1- النظام الأحادي: وهو النظام الأكثر شيوعًا في الدوائر الكهربائية، حيث يستخدم مصدر طاقة واحد لتغذية كل الأحمال في الدائرة.

2- النظام الثلاثي: وهو نظام يستخدم ثلاثة مصادر لتغذية الأحمال، ويستخدم غالبًا في التطبيقات الصناعية الكبيرة.

3- النظام العاكس: وهو نظام يستخدم في الدوائر الإلكترونية لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.

4- النظام الأمثل: وهو نظام يستخدم في تطبيقات الطاقة الشمسية والرياح، حيث يتم تحديد نوع المصدر والأحمال المطلوبة وتشغيل النظام بأمثلية حيث يتم استخدام الطاقة بأكبر قدر ممكن.

5- النظام الهجين: وهو نظام يستخدم مجموعة من المصادر المتعددة لتغذية الأحمال، ويتم استخدامه في تطبيقات الطاقة النظيفة.

تختلف مصادر الطاقة الكهربائية في الدوائر الإلكترونية تبعًا لنوع الدائرة وحجمها. يتم استخدام البطاريات والشواحن الخارجية لتوفير الطاقة للدوائر الصغيرة. بينما يتم توفير الطاقة اللازمة للدوائر الكبيرة من خلال الروابط الكهربائية المتصلة بالشبكة العامة. كما يمكن تسخين بعض الدوائر الإلكترونية باستخدام الأشعة تحت الحمراء أو الإضاءة عن بعد. وأخيرًا، يمكن لبعض الدوائر الميكانيكية الحركية توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيلها عن طريق الحركة الميكانيكية.

هناك الكثير من أنواع المقاومات المستخدمة في الدوائر الكهربائية، ومن أهمها:

1- مقاومات الكربون: وهي المقاومات الأكثر استخداماً في الدوائر الكهربائية، وتتميز بأنها رخيصة الثمن وسهلة الحصول عليها.

2- مقاومات المعادن: وتستخدم في التطبيقات التي تتطلب مقاومات ذات قيمة عالية وكبيرة الحجم.

3- مقاومات الأفلام البلاستيكية: وتستخدم في الدوائر الإلكترونية الحساسة والمتطورة، نظراً لكونها تقدم دقة عالية وحساسية في القياسات.

4- مقاومات المغناطيسية: وتستخدم في الدوائر الإلكترونية التي تشمل الحساسات المغناطيسية.

5- مقاومات المتغيرة: وتستخدم في التطبيقات التي تتطلب تغيير قيمة المقاومة بشكل متغير.

6- مقاومات الأشعة تحت الحمراء: وتستخدم في الدوائر الإلكترونية التي تتطلب حساسية عالية للأشعة تحت الحمراء.