Κατέβασμα παρουσίασης
Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε
ΔημοσίευσεÊÊΔιομήδης Γιάνναρης Τροποποιήθηκε πριν 5 χρόνια
1
Mechatronics فصل سوم mech@jamilnia.ir
آشنایی با اجزای الکتریکی و الکترونیکی
2
مقدمه ـ همه سامانههای مکاترونیکی، شامل اجزا و مدارات الکتریکی و الکترونیکی هستند. ـ تفاوت میان یک سامانه الکتریکی و یک سامانه الکترونیکی، در بحث تصمیمسازی است. ـ در سامانه الکتریکی، تصمیمسازی در خارج از سامانه صورت میپذیرد. برای مثال، ما کلید چراغ یک اتاق را میفشاریم و چراغ روشن میشود. ما به عنوان یک عامل خارج از سامانه، تصمیم به روشن کردن چراغ میگیریم. ـ در سامانه الکترونیکی، تصمیمسازی در داخل سامانه صورت میپذیرد. برای مثال، یک حسگر حرکتی با ورود ما به اتاق، باعث روشنشدن چراغ میشود. حسگر حرکتی به عنوان یک عامل داخل سامانه، تصمیم به روشن کردن چراغ میگیرد. ـ بنابراین، سامانه الکترونیکی برخلاف سامانه الکتریکی، قابلیت تصمیمسازی دارد.
3
مقدمه ـ وقتی الکترونها حرکت میکنند، یک جریان الکتریکی ایجاد میکنند که به موجب آن، کارهای مفیدی با الکترونهای جاری انجام میشود. ـ دلیل حرکت الکترونها این است که میدانی الکتریکی روی آنها کار انجام داده و انرژی آزاد میکند. مقیاسی از پتانسیل میدان الکتریکی، ولتاژ (اختلاف پتانسیل) نامیده میشود که شبیه انرژی پتانسیل در میدان گرانشی است. ـ ولتاژ به عنوان متغیری بین دو نقطه در میدان درنظر گرفته میشود. یعنی به پتانسیل این دو نقطه بستگی دارد و به مسیر بین آنها بستگی ندارد. ـ برآیند حرکت الکترونها جریان است و به عنوان متغیری که درطول میدان تغییر میکند، درنظر گرفته میشود. یعنی به مسیر بستگی دارد.
4
مقدمه ـ جریان به صورت نرخ زمانی شارش بار تعریف میشود:
ـ بار توسط الکترونهای با بار منفی ایجاد میگردد. ـ وقتیکه ولتاژ و جریان در یک مدار ثابت و مستقل از زمان باشند، جریان مدار، مستقیم (DC) است. وقتیکه ولتاژ و جریان متغیر با زمان باشند، جریان مدار، متناوب (AC) است. ـ منبع ولتاژ که انرژی مدار را ایجاد میکند، میتواند یک منبع تغذیه، باتری یا یک ژنراتور باشد. طرف مثبت منبع، جایی که الکترونها جذب میگردند، آند نامیده میشود و طرف منفی منبع، جایی که الکترونها آزاد میگردند، کاتد نامیده میشود. ـ مدار الکتریکی، حلقه بستهای شامل چندین رسانا است که اجزای الکتریکی را به هم متصل میکند.
5
اجزای فعال و غیرفعال ـ به طور کلی، اجزای الکتریکی و الکترونیکی به دو دسته تقسیم میشوند: الف) اجزای غیرفعال: اجزایی هستند که وابسته به منابع انرژی نبوده و نمیتوانند توانی به مدار تزریق کنند. نظیر مقاومت (resistor)، خازن (capacitor) و القاگر (inductor) ب) اجزای فعال: اجزایی هستند که وابسته به منابع انرژی بوده و میتوانند توانی به مدار تزریق کنند. نظیر دیود (diode)، ترانزیستور (transistor) و مدارات مجتمع (IC) ـ در مدارات الکتریکی، دو نوع منبع انرژی وجود دارد: الف) منبع ولتاژ (V) ب) منبع جریان (I) نمایش شماتیک اجزای غیرفعال و منابع انرژی
6
مقاومت ـ مقاومت یک عنصر تلفکننده توان استکه انرژی الکتریکی را به حرارت تبدیل میکند. ـ رابطه میان ولتاژ و جریان یک مقاومت توسط قانون اهم بیان میشود: ـ مقاومت، یکی از خواص ماده میباشدکه مقدار آن برابر با شیب منحنی ولتاژ جریان است: ـ برای یک مقاومت ایدهآل، رابطه میان ولتاژ و جریان، خطی بوده و مقاومت، ثابت است. ـ برای یک مقاومت واقعی، این رابطه به دلیل اثرات دمایی، غیرخطی میباشد و با افزایش دما، مقاومت افزایش مییابد. مقاومت واقعی دارای اتلاف توان محدودی میباشد.
7
مقاومت ـ اگر جنس مقاومت از مواد همگن و سطح مقطع آن در طول، ثابت باشد، آنگاه مقدار مقاومت از رابطه زیر بدست میآید: ـ در رابطه فوق، ρ ضریب مقاومت یا مقاومت ویژه جنس سیم است. مقاومت ویژه برای رساناهای معمولی در جدول زیر ارائه شده است:
8
مقاومت ـ مقاومتهای واقعی که در بستن مدارها به کار میروند، بستهبندیهای مختلفی دارند: تک ردیفه ـ دو ردیفه ـ نصب سطحی ـ دو سر سیمی ـ مقدار یک مقاومت دوسر سیمی و درصد خطای آن معمولاً با چهار نوار رنگی کدگذاری میشود که برای هر رنگ، عددی تعریف شده است:
9
مقاومت
10
مقاومت ـ مقاومتهای کربنی و لایه فلزی با توان 1/4 وات و خطای 5% متداولترین مقاومتهای دو سر سیمی هستند که در مدارات الکتریکی معمولی استفاده میشوند: ـ مقاومتهایی نیز تحت عنوان مقاومتهای متغیر وجود دارند که محدوده مقاومت آنها توسط پیچ، لغزنده خطی یا کلید چرخان کنترل میشود:
11
خازن ـ خازن عنصری است که انرژی را به شکل میدان الکتریکی در خود ذخیره میکند. این میدان در نتیجه تفکیک بار الکتریکی ایجاد میشود. ـ سادهترین شکل خازن شامل یک جفت صفحه رسانای فلزی است که توسط یک ماده دیالکتریک از هم جدا شدهاند. ـ رابطه میان ولتاژ و جریان یک خازن به صورت زیر بیان میشود: ـ ماده دیالکتریک عایقی است که در نتیجه دوقطبیهای دائم یا القایی در جسم، ظرفیت خازن را افزایش میدهد. ـ در خازن، بارها از طریق مدار رسانا از یک طرف به طرف دیگر جابجا میشوند و میدان الکتریکی را ایجاد میکنند.
12
خازن ـ ظرفیت خازن (C) به جنس دیالکتریک و فاصله و هندسه صفحات بستگی دارد. ـ ظرفیت خازنهایی که به صورت متداول در مدارات الکتریکی معمولی استفاده میشوند، از 1 pF تا 1000 μF متغیر است. ـ انواع خازنها عبارتند از: الکترولیتی ـ تانتالیوم ـ سرامیکی ـ پلیاستر ـ خازنهای الکترولیتی دوقطبی شدهاند. بدین معنی که قطبهای مثبت و منفی دارند. ـ ظرفیت خازنها اغلب بر روی آنها درج میشود و معمولاً برحسب μF و pF است.
13
القاگر (سلف) ـ القاگر عنصری است که انرژی را به شکل میدان مغناطیسی در خود ذخیره میکند. ـ سادهترین شکل القاگر، سیمپیچی استکه تمایل به حفظ میدان مغناطیسی ایجادشده دارد. ـ رابطه میان ولتاژ و جریان یک القاگر به صورت زیر بیان میشود: ـ مقاومت القایی (L) یک سیمپیچ، ثابت بوده و به مشخصات هندسی سیمپیچ بستگی دارد. ـ افزایش یا کاهش جریان عبوری از یک القاگر زمانگیر است. به همین خاطر، اجزایی نظیر موتورهای الکتریکی و رلهها را که مقاومت القایی بالایی دارند نمیتوان به سرعت روشن و خاموش کرد. ـ مقاومت القایی القاگرها اغلب بر روی آنها درج میشود و معمولاً برحسب mH و μH است. البته برخی تولیدکنندگان، روال کدگذاری خاص خود را دارند.
14
القاگر (سلف) ـ انواع القاگرها عبارتند از: هسته هوایی ـ هسته آهنی ـ هسته فریتی ـ طردل تشابه سامانههای الکتریکی و مکانیکی: مقاومت میراگر اتلاف انرژی خازن فنر ذخیره انرژی القاگر جرم لَختی (اینرسی)
15
مواد نیمه رسانا ـ فلزات تعداد زیادی الکترونهای مرزی ضعیف در نوار رسانش خود دارند. هنگامی که میدان الکتریکی به فلزی اعمال میشود، الکترونها آزادانه شروع به جابجایی کرده و جریانی درون فلز تولید میکنند. ـ به دلیل سهولت شارش جریانهای بزرگ در درون فلزات، آنها را رسانا مینامند. ـ در مقابل، اتمهای دیگر مواد، دارای الکترونهای ظرفیتی هستند که به شدت مقید بوده و در مواجهه با میدان الکتریکی، به آسانی حرکت نمیکنند. این مواد، عایق نامیده میشوند. ـ علاوه بر مواد رسانا و نارسانا، دسته دیگری از مواد وجود دارند که نه رسانای کامل و نه نارسانای کامل هستند. این مواد از عناصر گروه IV جدول تناوبی تشکیل شده و نیمه رسانا نامیده میشوند. ژرمانیوم (Ge) و سیلیکون (Si) پرکاربردترین مواد نیمه رسانا هستند.
16
مواد نیمه رسانا Germanium Silicon (Silicium) ـ جریان عبوری از نیمه رساناها به دمای آنها و مقدار نور تابیده شده به آنها بستگی دارد. ـ زمانی که ولتاژی به دو سر یک نیمه رسانا اعمال میشود، بعضی از الکترونهای ظرفیتی به آسانی به نوار رسانش میجهند و سپس درون میدان الکتریکی، شروع به حرکت و تولید جریان میکنند. البته این جریان، کمتر از جریان تولیدی در یک رسانا است.
17
مواد نیمه رسانا
18
مواد نیمه رسانا ـ در یک بلور نیمه رسانا، یک الکترون ظرفیت میتواند به نوار رسانش جهش کند که به عدم وجود آن در نوار ظرفیت، حفره میگویند. یک الکترون ظرفیت از اتمی مجاور میتواند با جاگذاشتن حفرهای در مکان فعلی خود، به حفره موجود در این مکان منتقل شود. با تکرار این زنجیره، جابجایی الکترونها و حفرهها صورت میپذیرد. ـ ویژگی بلورهای نیمهرسانای خالص را میتوان با واردکردن مقادیر کوچکی از عناصر گروههای III و V جدول تناوبی به داخل شبکه بلوری به میزان زیادی تغییر داد. این عناصر را که ناخالصی میگویند، میتوان درون نیمه رساناها پخش کرد و به ویژگیهای جالبی از نیمه رساناها دست یافت. گروه III: بور (B) ـ گالیوم (Ga) گروه V: آرسنیک (As) ـ فسفر (P)
19
مواد نیمه رسانا ـ اگر عناصر گروه پنجم به شبکه بلور سیلیکون اضافه شوند، یکی از پنج الکترون ظرفیت هر اتم ناخالصی، آزاد باقی میماند تا به اطراف حرکت کند. در این حالت، ناخالصی را یک عنصر دهنده میگویند، زیرا رسانایی نیمه رسانا را افزایش میدهد. ـ به سبب این که حاملان بار در شبکه بلور، الکترونهای آزاد هستند، نیمه رسانای حاصل را نوع n مینامند. ـ اگر عناصر گروه سوم به شبکه بلور سیلیکون اضافه شوند، به دلیل وجود تنها سه الکترون ظرفیت در ناخالصی، حفرهها شکل میگیرند. یک حفره میتواند از یک اتم به اتم دیگر جهش کرده و به طور مؤثر جریانی مثبت ایجاد کند. ـ به سبب وجود حفرهها که حاملان بار مثبت هستند، نیمه رسانای حاصل را نوع p مینامند.
20
دیود پیوندی ـ اگر منطقه نوع p در مجاورت منطقه نوع n ایجاد شود، یک پیوندگاه pn به وجود میآید. ـ در پیوندگاه pn، الکترونها میتوانند با ایجاد ناحیهای به نام ناحیه تهی، از سیلیکون نوع n به سیلیکون نوع p رفته تا حفرهها را تصرف کنند. ـ در دو سر این ناحیه تهی، به سبب پراکندهشدن الکترونها، میدان الکتریکی کوچکی شکل میگیرد و اختلاف ولتاژی نتیجه میشود که به آن پتانسیل اتصال میگویند.
21
دیود پیوندی ـ اگر منبع ولتاژی به پیوندگاه pn متصل گردد، در حالی که آند به نوع p و کاتد به نوع n وصل باشد، میگویند که دیود به طور مستقیم تغذیه شده است. ولتاژ اعمالی به پتانسیل اتصال غلبه میکند و ناحیه تهی را عقب رانده و از بین میبرد. تحث تأثیر این ولتاژ، آند منبع حفرهها و کاتد منبع الکترونها میشود و حفرهها و الکترونها پیوسته جابجا میگردند.
22
دیود پیوندی ـ اگر منبع ولتاژی به پیوندگاه pn متصل گردد، در حالی که آند به نوع n و کاتد به نوع p وصل باشد، میگویند که دیود به طور معکوس تغذیه شده است. در این حالت، ناحیه تهی بزرگتر میشود و از جابجایی الکترونها و در نتیجه، ایجاد جریان جلوگیری میکند. ـ البته در این حالت نیز جریانی (در حدود تا 9-10 آمپر) عبور میکند که ناچیز است.
23
دیود پیوندی ـ پیوندگاه pn جریان را تنها در یک جهت از خود عبور میدهد. یعنی از یک جهت، مقاومت در حد صفر و از جهت دیگر، مقاومت در حد بینهایت است. به این پیوندگاه، دیود میگویند. برخی مواقع نیز با عنوان یکسوکننده شناخته میشود. ـ دیود همانند شیر یک طرفه سیال استکه به سیال اجازه حرکت در یک جهت را میدهد: ـ کدگذاری این نوع دیودها با 1N شروع شده و با چهار رقم به دنبال آن ذکر میگردد. گاهی به جای چهار رقم، از چهار نوار رنگی همانند مقاومتها استفاده میشود.
24
دیود نورافشان ـ دیود نورافشان (Light-Emitting Diode)، دیودی استکه هنگام تغذیه مستقیم، فوتون منتشر میکند. شدت نور به مقدار جریان عبوری بستگی دارد. ـ دیودهای نورافشان معمولاً با روکشی از یک ماده پلاستیکی رنگی پوشیده میشوند. این کار، طول موج تولیدی دیودها را افزایش میدهد. این دیودها در رنگهای گوناگونی نظیر قرمز، سبز و آبی ساخته میشوند. ـ برای روشنشدن این دیودها، مقدار کمی جریان میلی آمپری کافی است.
25
ترانزیستور پیوندی دوقطبی
ـ دیود از کنارهم قرارگرفتن دو منطقه نوع p و نوع n تشکیل شده است. ـ اگر سه منطقه نوع p و نوع n را در کنارهم قرار دهیم، ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT) تشکیل میشود: npn و pnp ـ ترانزیستور npn نوع متداولتری است که شامل لایه نازکی از سیلیکون نوع p میباشد که بین دو لایه سیلیکون نوع n فشرده شده است. سه هادی رابط به این سه لایه وصل شدهاند که پایههای خروجی ترانزیستور را تشکیل میدهند. این سه پایه عبارتند از: collector (C) base (B) emitter (E)
26
ترانزیستور پیوندی دوقطبی
ـ اگر به پایه base یک ترانزیستور، جریان اندکی وارد شود، اتصال میان collector و emitter برقرار میشود. جریان عبوری از collector به emitter میتواند تا 100 برابر جریان ورودی به base باشد. ـ در نتیجه، ترانزیستور عملاً در نقش یک کلید روشن/خاموش الکترونیکی عمل مینماید که در صورت دریافت جریانی اندک، مدار را وصل میکند و در صورت عدم دریافت جریان، مدار را قطع میکند. این ویژگی ترانزیستور، اساس کار رایانههای دیجیتال است، زیرا به آسانی اجازه اجرای یک نمایش دوحالته (binary) را میدهد.
27
ترانزیستور نوری ـ در ترانزیستور نوری، پایه base با تابش نور تحریک شده و اتصال میان collector و emitter برقرار میشود. از این نوع ترانزیستور، میتوان به عنوان حسگر نور یا اشیاء استفاده نمود. ـ ترانزیستورهای نوری و دیودهای نورافشان عموماً به صورت جفت با هم به کار میروند که به آنها قطعکننده نوری میگویند.
Παρόμοιες παρουσιάσεις
© 2024 SlidePlayer.gr Inc.
All rights reserved.