دانلود مقاله مدارهای الکترونیکی

بخشی از مقاله

1-1 : مقدمه
اجزا واحدها در سيستم SI به صورت اعشاري است. براي مشخص كردن توان هاي ده، پيشوندهاي خاصي همراه واحدهاي اين سيستم به كار مي رود. اين پيشوندها عبارتند از:
پيكو (P و 12-10) كيلو (K و 103)
نانو (n و 9-10) مگا (M و 106)
ميكرو گيگا (G و 109)
ميلي سانتي (C و 2-10)

1-2 : كميات اساسي الكتريكي
1-2-1- بار
مي دانيم كه در يك اتم، الكترون بار منفي و پروتون بار مثبت دارد و بار يك الكترون با بار يك پروتون برابر است. واحد بار الكتريكي كولن (C) است. يك كولن برابر بار 108*24/6 الكترون است. يعني يك الكترون داراي بار C 19-10*6/1 است.

1-2-2- جريان
بار متحرك نشان دهنده جريان است. جريان در يك مسير مجزا، مثلاً يك سيم فلزي، علاوه بر مقدار، جهت نيز دارد. جريان، آهنگ عبور بار از يك نقطه در يك جهت خاص است.
پس از مشخص كردن يك جهت مرجع، كل باري كه از زمان t=0 به بعد از يك نقطه مرجع در آن جهت عبور كرده را q(t) مي ناميم. آهنگ عبور بار در لحظه t برابر است. با كاهش فاصله مي‎توان نوشت:
(1-1)

جريان، برابر آهنگ زماني عبور بار مثبت از يك نقطه مرجع در يك جهت مشخص است. جريان را با i يا I نشان مي‎دهيم. بنابراين:
(1-2)
واحد جريان آمپر (A) است. يك آمپر، انتقال بار با آهنگ 1 كولن بر ثانيه را نشان مي‎دهد. براي به دست آوردن باري كه در فاصله t0 تا t منتقل شده، مي‎توان از رابطه 1-3 استفاده كرد:
(1-3)
1-2-3- ولتاژ
هر عنصر را به صورت يك شكل داراي دو پايانه يا دو سر نشان مي‎دهيم. (شكل 1-1)

شكل 1-1 : يك عنصر مداري
فرض كنيد جرياني به پايانه A عنصر مداري شكل 1-1 وارد شده و از پايانه B خارج مي‎شود. براي عبور اين جريان، بايد مقداري انرژي صرف شود. در اين صورت
مي گوييم بين دو پايانه B , A ، اختلاف پتانسيل يا ولتاژ الكتريكي وجود دارد. بنابراين ولتاژ روي يك عنصر، معياري از كار لازم براي عبور بار از طريق آن است. ولتاژ يا اختلاف پتانسيل بنابر تعريف عبارت است از كار انجام شده براي انتقال بار q از يك نقطه به نقطه ديگر. يعني:

(1-4)
كه در آن v اختلاف پتانسيل بر حسب ولت (v)، w كار انجام شده و q بار الكتريكي است.
1-2-4- توان الكتريكي
توان آهنگ مصرف انرژي است. اگر براي انتقال 1 كولن بار از يك عنصر، 1 ژول انرژي مصرف شود، توان لازم براي انتقال يك كولن بار در ثانيه، يك وات خواهد بود. رابطه توان را مي‎توان به صورت رابطه 1-5 نوشت:
(1-5) p=v .i
كه p توان الكتريكي بر حسب وات (w) است. يعني يك وات برابر يك ولت آمپر است.
1-2-5- مقاومت
هر عنصر مداري كه در آن انرژي تلف شود، معمولاً ولتاژ دو سرش با جريان گذرنده از آن متناسب است. يعني:
(1-6) V=RI
كه R ثابت تناسب است و مقاومت آن عنصر مي‎باشد. واحد مقاومت اهم است و رابطه 1-6 قانون اهم نام دارد.
شكل 1-2 علامت مداري يك مقاومت را نشان مي‎دهد.

شكل 1-2 : علامت مداري مقاومت
در يك مقاومت، جريان از نقطه با پتانسيل بيشتر به نقطه با پتانسيل كمتر جاري مي گردد. معمولاً پتانسيل بيشتر را با علامت + و پتانسيل كمتر را با علامت - نشان مي دهند. مقاومت، يك عنصر مصرف كننده انرژي الكتريكي است. يعني ‎توان در آن تلف مي‎شود. توان تلف شده در يك مقاومت از رابطه 1-7 به دست مي‎آيد.

(1-7)
عكس مقاومت را رسانايي مي گوئيم و با G نشان مي‎دهيم. بنابراين:
(1-8)
واحد رسانايي مهو يا زيمنس است.
1-3- اتصال سري مقاومت ها
منظور از سري كردن مقاومت ها آن است كه آنها را به صورت زنجيره اي و سر به سر به هم وصل كنيم. در اتصال سري فقط يك مسير براي عبور جريان به وجود مي‎آيد و لذا از تمامي مقاومت ها جريان يكساني مي گذرد. شكل 1-3 اتصال سري مقاومت ها را نشان مي‎دهد.

شكل 1-3 : اتصال سري مقاومت ها
مي‎توان تعدادي مقاومت سري را ساده كرد و به جاي آنها يك مقاومت گذاشت. اين مقاومت را مقاومت كل يا مقاومت معادل مي گوييم. اگر مقاومت هاي Rn , … , R2, R1 به صورت سري به هم متصل باشند، مقاومت معادل آنها از رابطه 1-9 به دست مي‎آيد.
(1-9)
مثال 1-1
در مدار شكل 1-4 مقدار مقاومت كل را حساب كنيد.

شكل 1-4
حل :
1-4- اتصال موازي مقاومت ها
هرگاه دو يا چند مقاومت در يك مدار الكتريكي از دو سر به هم متصل باشند آنها را موازي مي گوئيم. در اتصال موازي مقاومت ها، ولتاژ تمام مقاومت ها با هم برابر است. شكل 1-5 اتصال موازي مقاومت ها را نشان مي‎دهد.

شكل 1-5 : اتصال موازي مقاومت ها
هرگاه چند مقاومت با هم موازي شوند، مقاومت كل كاهش مي يابد. مقاومت معادل چند مقاومت موازي از رابطه 1-10 به دست مي‎آيد:
(1-10)
مثال 1-2
مقاومت كل (معادل) بين دو نقطه B , A را در شكل 1-6 حساب كنيد.

شكل 1-6
حل :
مثال 1-3
معادل دو مقاومت موازي R2 , R1 از چه رابطه اي به دست مي آيد؟
حل

مثال 1-4
در مثال 1-3 اگر مقاومت هاي R2 , R1 با هم برابر باشند مقاومت معادل را حساب كنيد.
حل

بنابراين مقاومت معادل دو مقاومت مساوي، نصف آن مقاومت است. اگر n مقاومت مساوي را به صورت موازي به هم ببنديم مقاومت معادل برابر خواهد بود.
معمولاً دو مقاومت موازي R2 , R1 را به صورت نشان مي‎دهيم.
مثال 1-5
مقاومت معادل مدار شكل 1-7 را حساب كنيد.

شكل 1-7
حل
1-5- منبع ولتاژ
1-5-1- منبع ولتاژ
منبع ولتاژ داراي يك پايانه مثبت و يك پايانه منفي است. انرژي از طريق ترمينال منفي به الكترونها اعمال مي گردد و آنها را از طريق يك هادي (سيم) به ترمينال مثبت سوق مي‎دهد. در نتيجه جريان به مصرف كننده اي كه در مسير سيم قرار دارد مي رسد و انرژي به آن منتقل مي‎شود.