سلسلة كتب تبدأ معك من الصفر الي احتراف صيانه الراديو والتلفزيون والمسجلات
اسس التيار المستمر
تيار مستمر هو نوع من التيار الكهربائي الذي يتدفق في اتجاه واحد فقط بثبات وثبات تياره. يتم توليد التيار المستمر عن طريق مصدر كهربائي مثل البطارية أو محول العاكس أو مولد التيار المستمر.
تعتمد أساسيات التيار المستمر على مفهوم القطبية الكهربائية، حيث يتكون من قطبين: قطب إيجابي (+) وقطب سالب (-). يتدفق التيار المستمر من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الدائرة الكهربائية.
هناك عدة طرق لتوليد التيار المستمر. من أهمها:
البطاريات: تعتبر البطاريات مصدرًا شائعًا للتيار المستمر. تستخدم التفاعلات الكيميائية داخل البطارية لتوليد فرق الجهد الكهربائي بين القطبين وبالتالي تسمح بتدفق التيار المستمر.
محول العاكس (Inverter): يستخدم في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر. يعمل المحول العاكس عن طريق تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر أولاً، ثم تحويله إلى تيار متردد بتردد وشكل محددين.
مولد التيار المستمر: يستخدم في توليد التيار المستمر من خلال ظاهرة الدوران المغناطيسي. يتكون من ملف ملفوف على قطعة معدنية ومجموعة من الفرش المتصلة بحلقات جمع تسمى جماعة الفرش. عندما يدور المولد، يتم توليد تيار مستمر في الفرش وتنتقل عبر الأطراف.
هذه هي بعض الأسس الأساسية للتيار المستمر وكيفية توليده. يستخدم التيار المستمر في العديد من التطبيقات مثل الإلكترونيات والمحركات وأنظمة الطاقة المستدامة.
المقاومة الكهربائية
المقاومة الكهربائية هي خاصية في الدائرة الكهربائية تقاوم تدفق التيار الكهربائي من خلالها. وتقاس المقاومة بوحدة الأوم (Ω). وتعتبر المقاومة الكهربائية أحد أركان الدوائر الكهربائية وتأثيرها على تدفق التيار يتم وفقاً لقانون أوم.
قانون أوم (قانون المقاومة) يعبر عن العلاقة بين التيار الكهربائي (I)، الجهد الكهربائي (V)، والمقاومة الكهربائية (R) وهو كما يلي:
V = I * R
حيث أن V هو الجهد الكهربائي الذي يتم تطبيقه على المقاومة، و I هو التيار الكهربائي الناتج عن تدفق التيار في الدائرة، و R هو قيمة المقاومة الكهربائية.
وتتأثر قيمة المقاومة الكهربائية بعدة عوامل بما في ذلك طول السلك الموصل، ومساحة مقطعه العرضي، ونوعية الموصل المستخدم، ودرجة الحرارة. وتتمثل وظيفة المقاومة الكهربائية في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية، وتحكم في قيمة التيار الكهربائي في الدائرة.
تستخدم المقاومات في العديد من التطبيقات، مثل تحكم التيار والجهد في الدوائر الإلكترونية، وتوحيد الجهد في الدوائر الكهربائية، وتحويل الطاقة، وتحقيق توازن في دوائر القياس.
قانون كرشوف
(Kirchhoff’s laws)
قانون كيرشهوف هو مجموعة من القوانين المهمة في دراسة الدوائر الكهربائية وتحليلها. يشتهر بتوضيح العلاقات بين التيارات الكهربائية والجهود الكهربائية في الدوائر المتعددة الفروع.
ينقسم قانون كيرشهوف إلى قانون كيرشهوف الأول وقانون كيرشهوف الثاني:
قانون كيرشهوف الأول (قانون الأفرع): ينص على أن مجموع التيارات الواردة إلى أي نقطة في الدائرة الكهربائية تساوي مجموع التيارات الصادرة منها. ويعبر عنه بالمعادلة التالية: ΣI_in = ΣI_out
قانون كيرشهوف الثاني (قانون الجهود): ينص على أن مجموع الجهود الكهربائية حول أي حلقة في الدائرة الكهربائية تساوي الصفر. ويعبر عنه بالمعادلة التالية: ΣV = 0
باستخدام قوانين كيرشهوف، يمكننا حل الدوائر الكهربائية المعقدة وتحليل التيارات والجهود فيها. يُستخدم قانون كيرشهوف بشكل واسع في مجالات مثل الإلكترونيات والهندسة الكهربائية لتصميم وتحليل الدوائر الكهربائية.
الطاقة و القدرة الكهربائية
الطاقة الكهربائية والقدرة الكهربائية هما مفاهيم مهمة في مجال الكهرباء، وتتعلقان بنقل وتحويل الطاقة الكهربائية في الدوائر الكهربائية. إليك شرحًا لكل منهما:
الطاقة الكهربائية: هي الطاقة التي يحملها التيار الكهربائي وتنتقل من مصدر الطاقة إلى استخدامها المقصود. يتم قياس الطاقة الكهربائية بوحدة الجول (J) أو وحداتها المشتقة مثل الكيلوجول (kJ) أو الميجاجول (MJ).
الطاقة الكهربائية (P) تحسب باستخدام المعادلة التالية:
P = V * I * cos(θ)
حيث أن V هو الجهد الكهربائي، و I هو التيار الكهربائي، و cos(θ) هو عامل القدرة (Power Factor) الذي يعكس تأثير التيار الكهربائي المتردد على النظام. يشير العامل cos(θ) إلى التعامل الفعال بين التيار والجهد، وقيمته تتراوح بين 0 و1.
القدرة الكهربائية: هي معدل تحويل الطاقة الكهربائية أو معدل استهلاك الطاقة الكهربائية. تقاس القدرة الكهربائية بوحدة الواط (W) أو وحداتها المشتقة مثل الكيلوواط (kW) أو الميجاواط (MW).
القدرة الكهربائية (P) تحسب بالمعادلة التالية:
P = V * I * cos(θ)
وهي نفس المعادلة المستخدمة في حساب الطاقة الكهربائية. يتم استخدام مصطلح القدرة الكهربائية بشكل أكثر شيوعًا للإشارة إلى معدل استهلاك الطاقة الكهربائية من قبل جهاز معين أو نظام.
يتم استخدام الطاقة الكهربائية والقدرة الكهربائية في حساب فواتير الكهرباء، وتحمل الأحمال الكهربائية، وتصميم الدوائر الكهربائية الفعالة من حيث استهلاك الطاقة. تحقق فهما صحيحًا لهاتين المفاهيم مهم لفهم وتحليل النظم الكهربائية واستخدامها بكفاءة.
المكثفات و الملفات
المكثفات والملفات هما نوعان من العناصر الأساسية في الدوائر الكهربائية. يستخدم كل منهما لتخزين وتحويل الطاقة الكهربائية، ولكن بطرق مختلفة. إليك شرحًا لكل منهما:
المكثفات:
المكثف هو جهاز يتألف من اثنين من الأطراف الموصلة مفصولة بواسطة مادة عازلة تسمى المتعامدة. يقوم المكثف بتخزين الشحنة الكهربائية عند تطبيق جهد كهربائي عليه. يتكون المكثف من سلسلة من الأطراف المعدنية الموصلة والمتعامدة المحشوة بمادة عازلة. يقاس سعة المكثف بوحدة الفاراد (F)، وتحدد مدى قدرته على تخزين الشحنة الكهربائية.
تستخدم المكثفات في العديد من التطبيقات، مثل تخزين الطاقة الكهربائية، وتصفية الإشارات، وتأخير الإشارات الكهربائية، وتحسين عامل القدرة في الدوائر الكهربائية.
الملفات:
الملف هو جهاز يتألف من سلك ملفوف حول قلب مغناطيسي أو بدون قلب. يقوم الملف بتخزين الطاقة الكهربائية في حقل مغناطيسي عند تمرير التيار الكهربائي به. يقاس تأثير الملف بمقداره الذاتي المحدد بوحدة الهنري (H)، ويحدد مدى قدرته على تخزين الطاقة الكهربائية في حقل مغناطيسي.
تستخدم الملفات في العديد من التطبيقات، مثل إنشاء مجال مغناطيسي، وتخزين الطاقة الكهربائية، وتنظيم التيار الكهربائي، وتصفية الترددات في الدوائر الكهربائية.
المكثفات والملفات تعتبر جزءًا أساسيًا في تصميم الدوائر الكهربائية، ويتعاونان في تحقيق وظائف مختلفة مثل التخزين والتصفية والتأخير.
التيار المتناوب
التيار المتناوب (AC) هو نوع من التيار الكهربائي الذي يتغير بشكل دوري ومتكرر في اتجاهه وقيمته مع مرور الوقت. يتم توليد التيار المتناوب بواسطة مولدات كهربائية تعتمد على مبدأ التحويل الكهروميكانيكي، مثل المولدات الدوارة.
تتميز الخصائص الرئيسية للتيار المتناوب بما يلي:
تغير الاتجاه: يتغير التيار المتناوب بشكل متكرر في اتجاهه بمعدل يعتمد على تردد التيار. عادةً ما يكون التردد في الشبكات الكهربائية المنزلية والصناعية 50 هرتز أو 60 هرتز، حيث يتغير الاتجاه 50 أو 60 مرة في الثانية.
تغير القيمة: يتغير التيار المتناوب بين قيمتين قصوى متعاكستين موجبة وسالبة خلال كل دورة. وتعبر عن قيمة التغير القصوى للتيار بوحدة الأمبير (A).
الموجة السنوسية: يتبع التيار المتناوب شكل موجة سنوسية (sinusoidal wave)، حيث يتغير بشكل منتظم ويتبع دالة جيبية سنوسية. يمكن تمثيل الموجة السنوسية على شكل مخطط بياني للتيار على مدار الوقت.
تستخدم الطاقة المتناوبة على نطاق واسع في أنظمة الطاقة الكهربائية والأجهزة المنزلية والصناعية. وتعتبر العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية قادرة على تشغيلها بالتيار المتناوب، وتتطلب بعض الأجهزة مثل محولات الطاقة ومكبرات الصوت استخدام التيار المتناوب لأغراض تحويل الجهد أو تكبير الإشارات
الكهرومغناطيسية
الكهرومغناطيسية هي الفرع الذي يدرس التفاعلات والتأثيرات بين الكهرباء والمغناطيسية. تندرج تحت هذا الفرع العديد من المفاهيم والظواهر المتعلقة بالتيارات الكهربائية والحقول المغناطيسية. وتشمل بعض المفاهيم الأساسية في الكهرومغناطيسية:
التيار الكهربائي: يتمثل في حركة الشحنات الكهربائية عبر موصل أو دائرة كهربائية. يتولد التيار الكهربائي بفضل فروق الجهد الكهربائي ويمكن أن ينتقل عبر الأسلاك لتشغيل الأجهزة الكهربائية.
المجال المغناطيسي: يتكون نتيجة تيار كهربائي متحرك من حوله مجال مغناطيسي. يعتبر المجال المغناطيسي منطقة تأثير تعمل فيه قوى المغناطيسية على الشحنات المتحركة أو المغناطيسات.
تأثيرات الكهرومغناطيسية: تتضمن التأثيرات المتبادلة بين الكهرباء والمغناطيسية. على سبيل المثال، ينتج تيار كهربائي مجالًا مغناطيسيًا، ويمكن استخدام المجال المغناطيسي لإنشاء تيار كهربائي في ملفات الحث، وهناك العديد من الظواهر الأخرى مثل تأثيرات الكهرباء الساكنة على المواد المغناطيسية وتأثيرات المجال المغناطيسي على الشحنات الكهربائية المتحركة.
تتطبيقات الكهرومغناطيسية واسعة النطاق ومهمة في مجالات متنوعة مثل الهندسة الكهربائية، والاتصالات، والطاقة، والإلكترونيات، والطب، والعديد من الصناعات الأخرى. تفهم الكهرومغناطيسية تساعد على تصميم الأنظمة الكهربائية وتفسير الظواهر المتعلقة بالكهرباء والمغناطيسية.
المحولات الكهربائية و انواعها
المحولات الكهربائية هي أجهزة تستخدم لتحويل التيار الكهربائي من جهد إلى آخر بواسطة التحويل المتحوِّل الكهرومغناطيسي. تتكون المحولات من لفات ملفوفة حول قلب مشترك، ويتم تطبيق جهد التيار الكهربائي على لفة الدخل (Primary)، بينما يُستخرج جهد التيار الكهربائي المحوَّل على لفة الخرج (Secondary).
تتوفر محولات كهربائية بأشكال وأحجام وتصميمات مختلفة تبعًا لاحتياجات التطبيق المحددة. وتُصنَّف المحولات بناءً على عدة عوامل، بما في ذلك:
على أساس النوع الأساسي:
محولات قلب الحديد (Iron Core Transformers): تتميز بوجود قلب مغناطيسي مصنوع من مادة الحديد وتستخدم في التطبيقات العامة.
محولات قلب الهواء (Air Core Transformers): لا يحتوي على قلب مغناطيسي ويستخدم في التطبيقات ذات الترددات العالية مثل التطبيقات الراديوية والاتصالات.
محولات القلب الملفوف (Toroidal Transformers): تتميز بقلب مغناطيسي على شكل حلقة وتستخدم في التطبيقات التي تتطلب صغر الحجم والانتقال الحراري الجيد.
محولات القلب المقطّع (Split Core Transformers): تتميز بقلب مغناطيسي مكون من قسمين قابلين للانفصال وتستخدم في تطبيقات قياس التيار والحماية.
على أساس التطبيق:
محولات القدرة: تستخدم لتحويل الجهد وتيار التيار المتناوب في شبكات الطاقة الكهربائية والصناعات.
محولات العزل: تستخدم لعزل الدوائر وحماية المعدات الحساسة من التيار الكهربائي غير المرغوب فيه.
محولات العملية: تستخدم في تحويل الجهد والتيار في أجهزة الإلكترونيات والأجهزة المنزلية.
محولات القياس: تستخدم لقياس التيار والجهد بدقة في التطبيقات القياسية والاختبارية.
هذه بعض الأنواع الشائعة للمحولات الكهربائية، ويمكن أن تختلف المزيد من التصميمات والتصنيفات تبعًا لاحتياجات التطبيق الفريدة.
اشبة الموصلات
أشباه الموصلات هي المواد التي تمتلك خواص تقع بين الموصلات الجيدة والعوازل الجيدة من حيث قدرتها على توصيل التيار الكهربائي. تتميز أشباه الموصلات بأنها قادرة على توصيل التيار الكهربائي عند درجات حرارة واحدة وقد تصبح غير موصلة عند درجات حرارة أخرى.
أحد أمثلة أشباه الموصلات الشهيرة هو السيليكون (Silicon) والجرمانيوم (Germanium). تُستخدم هذه المواد في صناعة العديد من الأجهزة الإلكترونية والمكونات الشبه موصلة مثل الثنائيات والترانزيستورات والشرائح المنطقية.
تتميز أشباه الموصلات بقدرتها على التحكم في توصيل التيار الكهربائي عن طريق التأثيرات الكهربائية أو الضوئية أو الحرارية. ويتم ذلك من خلال إضافة شوائب (مواد ملوثة) إلى الشبكة البلورية للمادة الأساسية، وهذه الشوائب تعرف بمفهوم “الدروبات” (Dopants)، والتي تغير تركيب الشبكة البلورية وتؤثر على توصيلية المواد.
أشباه الموصلات تلعب دورًا حاسمًا في صناعة الأجهزة الإلكترونية وتكنولوجيا المعلومات، وتمكن من تصنيع أجهزة متقدمة مثل المعالجات الحاسوبية والشاشات العرض والأجهزة الإلكترونية الصغيرة والمركبات الشمسية وأجهزة الاستشعار.
الديودات
الديود (Diode) هو عنصر إلكتروني أساسي يستخدم في الدوائر الإلكترونية لتوجيه تدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. يتكون الديود من قطعتين مختلفتين من المواد الشبه موصلة، تسمى المادة القاعدية (Base) والمادة الطرفية (Emitter)، وتفصل بينهما واجهة تسمى الحاجز (Junction).
عندما يتم توصيل الديود في اتجاه التوصيل الصحيح (Forward Bias)، حيث يوصل القطب الإيجابي لمصدر التيار الكهربائي بالطرفية والقطب السالب بالقاعدة، يسمح الديود بمرور التيار بحرية. وعند التوصيل الصحيح، يتم توليد فجوة (gap) في الحاجز، مما يسمح للشحنات الموجبة بالانتقال من المادة القاعدية إلى المادة الطرفية، والشحنات السالبة بالانتقال في الاتجاه المعاكس. يتميز الديود في هذا الوضع بفقدان جهد صغير يُعرف بجهد القطع (Forward Voltage Drop) عبر الديود.
أما عندما يتم توصيل الديود في اتجاه التوصيل العكسي (Reverse Bias)، حيث يوصل القطب السالب لمصدر التيار الكهربائي بالطرفية والقطب الإيجابي بالقاعدة، فإن الديود يمنع تدفق التيار ويعمل كعازل. وفي هذا الوضع، تتشكل منطقة حاجز واسعة في الحاجز، مما يمنع تدفق الشحنات عبره ويولد جهد عكسي عالٍ يُعرف بجهد الانهيار (Reverse Breakdown Voltage).
الديودات تستخدم في العديد من التطبيقات، بما في ذلك:
تقنية تنظيم الجهد (Voltage Regulation): حيث يُستخدم الديود لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر وتوفير استقرار الجهد.
الوصل والتوجيه (Rectification): حيث يُستخدم الديود لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر في الأجهزة المنزلية ومحولات الطاقة وأنظمة الشحن.
الحماية: حيث يُستخدم الديود في حماية الدوائر الإلكترونية من التيار العكسي غير المرغوب فيه.
تطبيقات الأمان: حيث يُستخدم الديود كأجهزة حماية للحماية من التيار الزائد والفصل السريع عند وجود أخطاء في الدوائر الكهربائية.
التوقيت والتحكم: حيث يُستخدم الديود في دوائر التوقيت والتحكم لتوليد إشارات تتغير بناءً على التغيرات في التيار الكهربائي.
هذه بعض الاستخدامات الشائعة للديودات، وهناك أنواع وتصميمات مختلفة من الديودات تناسب تطبيقات محددة مثل الديودات السريعة (Fast Diodes) والديودات ذات الحالة الصلبة (Solid-State Diodes) والديودات الزينر (Zener Diodes) والديودات الضوئية (Photodiodes) وغيرها.
دارات التقويم
دارات التقويم (Rectifier Circuits) هي الدوائر الإلكترونية التي تستخدم لتحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر (DC). يتم ذلك عن طريق استخدام الديودات لتوجيه التيار في اتجاه واحد فقط.
هناك نوعان رئيسيان من دارات التقويم:
دارة التقويم النصفي الموجبة (Half-Wave Rectifier): في هذه الدارة، يُستخدم ديود واحد لتوجيه نصف دورة التيار المتردد فقط. يتم قطع الجزء السالب من التيار المتردد، مما ينتج عنه تيار مستمر ذو نصف موجة. وتكون الجهد المستمر المتولد عبر مقاومة التحميل (Load Resistance) أقل من جهد التيار المتردد الأصلي.
دارة التقويم الكاملة الموجبة (Full-Wave Rectifier): في هذه الدارة، يُستخدم جسر ديودات (Bridge Rectifier) المكون من أربعة ديودات لتوجيه الجزئين الإيجابي والسالب من دورة التيار المتردد. يتم تحويل التيار المتردد بالكامل إلى تيار مستمر ذو موجة كاملة. وتكون الجهد المستمر المتولد عبر مقاومة التحميل أعلى من جهد التيار المتردد الأصلي.
تُستخدم دارات التقويم في العديد من التطبيقات، بما في ذلك:
توفير تيار مستمر لأجهزة الإلكترونيات والأجهزة المنزلية مثل محولات الطاقة ومحولات الشحن وأنظمة الإضاءة.
شحن البطاريات وتزويدها بالتيار المستمر.
تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر لأغراض التحكم والتشغيل في الصناعة والأتمتة.
توفير تيار مستمر مستقر وخالٍ من التقلبات لأجهزة الإلكترونيات الحساسة.
يجب ملاحظة أن دارات التقويم النصفي والكاملة يمكن تطويرها باستخدام مكونات إضافية مثل المكثفات والملفات لتحسين جودة التوجيه والتصفية للحصول على تيار مستمر أكثر استقرارًا.
الترنزستور ثنائي القطبية
الترانزيستور ثنائي القطبية (Bipolar Junction Transistor) هو جهاز إلكتروني يتكون من ثلاثة أطباق من المادة الشبه موصلة، وهي المنطقة القاعدية (Base) والمنطقة القاعدية الموجبة (Emitter) والمنطقة القاعدية السالبة (Collector). يتم استخدام الترانزيستور ثنائي القطبية لتكبير وتحكم في التيار الكهربائي والإشارات الإلكترونية.
تعتمد عملية التشغيل على ظاهرة التأثير القاعدي القابل للتحكم بالتيار (Base Current Control)، حيث يتم التحكم في تدفق التيار الكهربائي في الطبقة القاعدية للتأثير على تدفق التيار في الطبقة القاعدية الموجبة والسالبة.
هناك نوعان رئيسيان من الترانزيستور ثنائي القطبية:
الترانزيستور ثنائي القطبية NPN (NPN Bipolar Junction Transistor): يتكون من قاعدة N ومنطقتي E و C. المنطقة القاعدية موجبة، والمنطقتين القاعدية والسالبة سالبتين. يعمل عندما يتدفق التيار من القاعدة (Base) إلى المنطقة القاعدية الموجبة، ومنها إلى المنطقة القاعدية السالبة، مما يسمح بتدفق التيار من المجمع (Collector) إلى المنطقة القاعدية السالبة.
الترانزيستور ثنائي القطبية PNP (PNP Bipolar Junction Transistor): يتكون من قاعدة P ومنطقتي E و C. المنطقة القاعدية سالبة، والمنطقتين القاعدية والسالبة موجبتين. يعمل عندما يتدفق التيار من المنطقة القاعدية السالبة إلى المنطقة القاعدية، ومنها إلى المنطقة القاعدية الموجبة، مما يسمح بتدفق التيار من المنطقة القاعدية السالبة إلى المجمع.
يتم استخدام الترانزيستورات ثنائية القطبية في العديد من التطبيقات، بما في ذلك:
التكبير الإلكتروني والتحكم في الإشارات الإلكترونية في دوائر التكبير والتغذية الراجعة.
التحكم في التيار والجهد في الدوائر الإلكترونية والمنطقية.
تطبيقات القوى المنخفضة والمتوسطة مثل مكبرات الصوت وأجهزة الإلكترونيات المنزلية.
الأنظمة الرقمية والتكنولوجيا الرقمية في الحواسيب والأجهزة الإلكترونية المتقدمة.
تعتبر الترانزيستورات ثنائية القطبية من أهم العناصر في مجال الإلكترونيات وتقنية المعلومات، وقد ساهمت بشكل كبير في التطور التكنولوجي.
المفتاح الترنزستوري
المفتاح الترانزستوري (Transistor Switch) هو استخدام الترانزستور كمفتاح إلكتروني للتحكم في تدفق التيار الكهربائي في دائرة كهربائية. عندما يتم استخدام الترانزستور كمفتاح، يتم التحكم في حالة التشبع والقطع للتيار بناءً على إشارة التحكم المطبقة إلى القاعدة (Base) أو البوابة (Gate)، وهذا يسمح بتمرير التيار أو قطعه بشكل فعال.
يتم استخدام المفاتيح الترانزستورية في العديد من التطبيقات، بما في ذلك:
التطبيقات الرقمية: يتم استخدام الترانزستورات كمفاتيح في الدوائر الرقمية للتحكم في التيار والجهد في الأبواب المنطقية والدوائر المنطقية المتكاملة.
التحكم في الأجهزة الإلكترونية: يتم استخدام المفاتيح الترانزستورية في التحكم في تشغيل وإيقاف أجهزة الإلكترونيات مثل المحركات والمصابيح والأجهزة المنزلية والأجهزة الإلكترونية الصغيرة.
التطبيقات الصناعية: يتم استخدام المفاتيح الترانزستورية في التحكم في الأنظمة الصناعية والأتمتة والتحكم في الطاقة الكهربائية.
الإلكترونيات السيارات: يتم استخدام المفاتيح الترانزستورية في أنظمة الإضاءة ونظام إشارات الدوران والتحكم في الأجهزة الإلكترونية داخل السيارة.
الاتصالات: يتم استخدام المفاتيح الترانزستورية في أنظمة الاتصالات للتحكم في تدفق الإشارات وتحقيق عمليات التبديل السريعة.
تستفيد المفاتيح الترانزستورية من سرعة التبديل العالية وكفاءة الطاقة العالية وصغر حجمها مقارنةً بالمفاتيح التقليدية. كما أنها توفر تحكمًا دقيقًا ومرونة في تطبيقات الإلكترونيات المتقدمة.
ترنزستور تاثير المجال
ترانزستور تأثير المجال (Field-Effect Transistor) هو نوع آخر من الترانزستورات الشبه موصلة ويستخدم لتحكم التيار الكهربائي. يعتمد عمل الترانزستور تأثير المجال على تأثير المجال الكهربائي أو المجال المغناطيسي للتحكم في تدفق التيار.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الترانزستورات تأثير المجال:
الترانزستور المجال المعدني (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor – MOSFET): يتكون من مصدر (Source) وصرف (Drain) وبوابة (Gate) مفصولة عن القناة (Channel) بواسطة طبقة من الأكسيد. يتحكم في تدفق التيار من خلال تغيير المجال الكهربائي الناشئ في القناة عن طريق تطبيق جهد على البوابة.
الترانزستور ذو المجال النفقي (Tunneling Field-Effect Transistor – TFET): يستخدم ظاهرة الانفجار التأثيري (Tunneling Effect) لتحقيق تحكم في تدفق التيار. يعتمد على تنفيذ تونل للإلكترونات أو الثقوب عبر حاجز البوابة الموصلة.
الترانزستور المجال المؤين (Insulated-Gate Bipolar Transistor – IGBT): يعتبر ترانزستور ثنائي القطبية يستخدم مبدأ التأثير المجالي. يتم استخدامه في تطبيقات التحكم في الطاقة العالية حيث يمكنه تحمل جهود عالية وتيارات كبيرة.
تتميز الترانزستورات تأثير المجال بمزايا مثل استهلاك طاقة منخفض، وسرعة التبديل العالية، ومقاومة التأثير، وقدرة التكبير، وقدرتها على التحكم في تيار كبير. تجد تطبيقات واسعة في الإلكترونيات المتقدمة مثل الحواسيب، والهواتف الذكية، والمعدات الطبية، وأنظمة الطاقة المتجددة، والتحكم الصناعي
الثايرستور
الثايرستور (Thyristor) هو نوع من الأجهزة الشبه موصلة تستخدم للتحكم في تدفق التيار الكهربائي. يعمل الثايرستور عند تطبيق إشارة تحفيزية لتفعيله ويبقى موصلاً حتى يتم قطع التيار الكهربائي المار به.
هناك عدة أنواع من الثايرستورات، والأنواع الأكثر شيوعًا هي:
الثايرستور القابل للتحكم (Controlled Thyristor): يشتمل على بوابة (Gate) تسمح بالتحكم في تفعيل الثايرستور وإيقافه عن طريق تطبيق جهد تحفيزي معين على البوابة.
الثايرستور القابل للإيقاف الذاتي (Gate Turn-Off Thyristor – GTO): يمكن تفعيله وإيقافه بواسطة تطبيق جهد تحفيزي على البوابة، ويمكن إيقافه أيضًا عن طريق تطبيق جهد سلبي على البوابة.
الثايرستور اللامنبثق (Latching Thyristor): يحتفظ بحالة التوصيل حتى يتم قطع التيار الكهربائي المار به، ويمكن إعادة تفعيله بواسطة تطبيق جهد تحفيزي على البوابة.
الثايرستور القابل للتشغيل الذاتي (Self-Triggered Thyristor): يتم تشغيله تلقائيًا بواسطة زيادة التيار المار به بما يكفي لتفعيله.
تستخدم الثايرستورات في تطبيقات عديدة مثل تحكم السرعة في المحركات الكهربائية، والتحكم في الإضاءة، وتحكم في التيار المتردد، ومنظمات الجهد، وتحكم في القدرة الكهربائية. تتميز بقدرتها على تحمل تيارات عالية والتبديل السريع وفعالية الطاقة. ومن الثايرستورات الشهيرة: الثايرستور بوابة توازن (SCR) والثايرستور بوابة مطفأة (GTO) والثايرستور قابل للتشغيل الذاتي (PUT) وغيرها.
