چرا برق سه فاز نول ندارد؟

برای روشن شدن یک وسیله برقی باید آن وسیله را  بین دو نقطه وصل کنیم که آن دو نقطه دارای اختلاف پتانسیل الکتریکی باشند.مثلا لامپ را بین قطبهای باطری قرار می دهیم.یعنی وسیله در یک مدار بسته قرار گیرد.

در نیروگاه برق سه سیم برقدار (سه فاز)برق را به مصرف کننده منتقل می کنند.این سه سیم برقدار مشابه هم اند اما ولتاژ آنها ۱۲۰ درجه با هم اختلاف فاز دارد.معنی این جمله این است که این سه سیم با هم اختلاف پتانسیل دارند پس اگر دو تا از آنها را به دو سر یک وسیله وصل کنیم آن وسیه روشن می شود.موتور سه فاز به همین روش کار می کند.به هرکدام از این سیمها برق تک فاز گفته میشود.

*در حقیقت قسمت روتور ژنراتور از سه سیم پیچ تشکیل شده است که این سیم پیچها با زاویه ی ۱۲۰ درجه نسبت به هم قرار دارند و هنگام تولید برق هرکدام از این سیم پیچ ها برق مخصوص به خود را تولید میکند یعنی از هر ژنراتور سه سیم برقدار خارج میشود که به آنها سه فاز میگویند که هر فاز برق تولیدی یکی از سیم پیچ ها میباشد.به علت وجود زاویه ۱۲۰ درجه بین سیم پیچها برق تولیدی آنها دارای اختلاف فاز ۱۲۰ درجه میباشد.

سوال مهم این است پس سیم نول کجا به کار می رود؟؟

با توجه به نکته بالا باید بگوییم که اگر وسیله برقی فقط به یک سیم فاز وصل شود برای  اینکه مدار کامل شود و وسیله روشن شود نیاز به سیم دیگری داریم که برق را ااز وسیله به مولد برگرداند که به این سیم سیم نول می گویند.

در حقیقت سیم نول سیمی است که جریان خروجی از وسیله را به مولد برمیگرداند.

نکته مهم:سیم نول را  وارد چاهی مرطوب می کنند تا به زمین وصل شود که به آن چاه نول می گویند.این کار باعث می شود از زمین مرطوب به عنوان قسمتی از مدار استفاده شود. یعنی زمین نیز به عنوان قسمتی از مدار بین مصرف کننده و مولد مورد استفاده قرار میگیرد.مشابه این عمل در اتومبیل  مورد استفاده قرار می گیرد مثلا برای روشن  کردن یک لامپ توسط باطری ماشین کافیست یکی از قطبهای باطری را به لامپ وصل کرده و سر دیگر لامپ را به بدنه ماشین وصل کنیم .بدنه ماشین نقش سیم نول را بازی می کند.

باید  دقت کرد که سیم نول نیز هنگامی که وسیله برقی روشن است دارای برق می باشد و خطرناک است اما اگر وسیله برقی خاموش باشد نول بدون برق است.

معمولا از پنج سیمی که وارد یک کوچه می شود سه تای آنها فاز است چهارمی نول خانگی است و سیم پنجمی نول شهرداری است که از آن برای روشن کردن لامپ معابر استفاده می کنند.

شاید دیده باشید که کابل برقی  که وارد خانه میشود دو رشته دارد که یکی از این رشته ها به یکی از سه فاز و دیگری به سیم نول متصل میشود.

سیم نول پس از خروج از خانه ابتدا به ترانسفور ماتور وصل می شود و سپس به چاه نول هدایت می شود.

وسایل صنعتی مانند موتور سه فاز نیازی به سیم نول ندارند چون خود فازها با هم اختلاف پتانسیل دارند.

دیود چیست؟(بخش دوم)

فتو دیود ( Photo Diode ) : فتو دیود که به آن دیود نوری نیز می گویند مانند دیود معمولی از اتصال دو نیمه هادی نوع N و P ساخته می شود با این تفاوت که محل اتصال نیمه هادی ها ، با مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی شود بلکه برای اینکه نور به محل اتصال نیمه هادی ها برسد معمولاً آن محل را توسط شیشه و یا مواد پلاستیکی شفاف می پوشانند . روی اکثر فتودیودها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا نور تابیده شده به آن منطقه را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند . در شکل (15) تصویری از یک فتو دیود و در شکل (16) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (15)

شکل (16)

فتودیود همیشه در بایاس معکوس به کار می رود و با تابش نور به محل اتصال نیمه های های آن ، پیوندهای کووالانس موجود در ناحیه تخلیه در اثر انرژی نور تابیده شده شکسته شده و جریان معکوس فتودیود افزایش می یابد . هر چه نور تابیده شده به محل اتصال نیمه هادی ها بیشتر باشد مقدار جریان معکوس فتودیود بیشتر می شود و بر عکس ، هر چه نور تابیده شده به محل پیوند کمتر باشد مقدار جریان معکوس فتودیود کمتر می شود . در شکل (17) منحنی مشخصه یک فتو دیود رسم شده است . این منحنی فقط به ازای طول موج ثابت و شدت روشنایی های مختلف رسم شده است . همانطور که در شکل (17) مشاهده می کنید با افزایش شدت روشنایی ، جریان I_λ نیز افزایش پیدا می کند و تقریباً در ولتاژهای مختلف معکوسی که در دو سر آن قرار گرفته است ، در یک نور مشخص ثابت می ماند و مقدار آن فقط بستگی به نور تابیده شده به محل اتصال نیمه هادی ها دارد .

شکل (17)

ولتاژ معکوس این دیودها 20 الی 50 ولت و توان آنها حدود چند صد میلی وات و جریان معکوس آنها در تاریکی حدود چند نانو آمپر است که این همان جریان اشباع معکوس در دیودهای معمولی است . 

دیود خازنی یا دیود واراکتور ( Varactor Diode ) : دیود خازنی مانند یک دیود معمولی است و از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که معمولاً از جنس سیلیسیم هستند ساخته می شود . همانطور که قبلاً گفته شد ، در یک دیود معمولی بایاس نشده یک ناحیه تخلیه ایجاد می شود . اگر نیمه هادی های نوع N و P را به عنوان دو هادی و ناحیه تخلیه را به عنوان عایق بین دو هادی در نظر بگیریم ، مجموعه دیود را می توان به عنوان یک خازن در نظر گرفت . حال اگر دیود را در بایاس معکوس به کار ببریم عرض ناحیه تخلیه بیشتر می شود و عایق بین دو نیمه هادی نیز افزایش می یابد و در نتیجه ظرفیت خازنی آن کمتر می شود . بنابراین می توان با تغییر مقدار ولتاژ معکوس ، ظرفیت خازنی دیود واراکتور را تغییر داد . بنابراین دیود خازنی همیشه در بایاس معکوس قرار می گیرد . در شکل (18) تصویری از یک دیود خازنی و در شکل (19) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (18)

شکل (19)

دیود خازنی اندکی با دیود معمولی تفاوت دارد . اولاً جریان اشباع معکوس آن فوق العاده کم است و ثانیاً سطح دو نیمه هادی را طوری انتخاب می کنند که حداکثر ظرفیت خازنی 2.5 نانوفاراد باشد . رایج ترین دیودهای خازنی دارای ظرفیت 300 پیکوفاراد هستند . از این دیودها در مدارات رادیو و تلویزیون به عنوان خازن متغیر استفاده می شود زیرا دارای حجمی بسیار کم ، ظریف و محکم می باشند . در شکل (20) منحنی تقریبی ظرفیت خازنی دیود خازنی نسبت به ولتاژ معکوس دو سر آن نمایش داده شده است .

شکل (20)

همانطور که در این شکل مشاهده می کنید با افزایش ولتاژ معکوس دو سر دیود خازنی ، ظرفیت خازنی آن کاهش می یابد . 

دیود تونلی ( Tunnel Diode ) : دیود تونلی از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که غالباً از جنس ژرمانیوم و گالیم آرسنید می باشند ساخته می شود . میزان ناخالصی نیمه هادی های N و P در دیود تونلی نسبت به دیود معمولی بسیار زیاد است ( حدود چند هزار برابر ) ، که این موضوع خود باعث به وجود آمدن یک ناحیه تخلیه بسیار نازک در محل پیوند می شود که عرض آن حدود 0.01 عرض ناحیه تخلیه در دیودهای معمولی است . ناحیه نازک باعث می شود که حامل های زیادی به جای اینکه در ولتاژهای پایین از آن عبور نمایند از آن تونل بزنند . شکل (21) منحنی مشخصه یک دیود تونلی را نشان می دهد . همانطور که در این شکل مشاهده می کنید با افزایش ولتاژ موافق از صفر تا V_P ، بر خلاف دیود معمولی جریان عبوری تا I_P افزایش سریع دارد . از V_P به بعد با افزایش ولتاژ موافق تا V_V جریان کاهش سریع دارد . فاصله ولتاژ پیک تا ولتاژ دره را ناحیه مقاومت منفی می گویند .

شکل (21)

نسبت جریان پیک به جریان دره در کاربردهای این دیود بسیار مهم است . این نسبت برای ژرمانیوم 10 به یک و برای گالیم آرسنید 20 به یک می باشد . جریان پیک در دیود تونلی می تواند بین چند میکروآمپر تا چند صد آمپر متغیر باشد در حالی که ولتاژ دره دو سر دیود از حدود 0.6 ولت تجاوز نمی کند . به همین دلیل است که اتصال ولتمتری با باتری 1.5 ولت ، به طور نادرست به دو سر دیود تونلی به آن صدمه می زند . در شکل (22) تصویری از یک دیود تونلی و در شکل (23) علائم اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (22)

  

شکل (23)

از مزایای دیود تونلی می توان قیمت ارزان ، اغتشاش کم ، سرعت زیاد ، توان مصرفی کم و ضریب اطمینان بالای آن را نام برد . 

دیود اتصال نقطه ای ( Point Contact Diode ) : همانطور که قبلاً گفته شد در دیودهای معمولی ، در بایاس معکوس ، یک ظرفیت خازنی ایجاد می شود . اگر بخواهیم این دیودها را در فرکانس های بالا به کار ببریم به علت ظرفیت خازنی ایجاد شده ، در بایاس معکوس جریانی از دیود عبور می کند . یعنی در فرکانس های بالا ، مقاومت معکوس دیود کاهش و جریان افزایش می یابد . یکی از راه های افزایش مقاومت معکوس دیود در فرکانس های بالا این است که ظرفیت خازنی دیودهایی را که در فرکانس های بالا به کار می روند کم کنیم . برای کم کردن ظرفیت خازنی این دیودها ، ساده ترین راه ، کم کردن سطح اتصال نیمه هادی های N و P می باشد . بر همین اساس دیودهای اتصال نقطه ای برای کار در فرکانس های بالا و جریان های کم ساخته شدند . در شکل (24) یک نمونه دیود اتصال نقطه ای و در شکل (25) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (24)

  

شکل (25)

برای ساختن دیود اتصال نقطه ای ، نیمه هادی نوع N را انتخاب کرده ، یک سیم نازک مخصوص که خاصیت فنری داشته باشد به آن می چسبانند و سپس یک جریان ضربه ای قوی از آن عبور می دهند . در اثر این عمل اولاً نیمه هادی نوع N ذوب می شود و نوک سیم در داخل آن قرار می گیرد . ثانیاً در اطراف آن یک ناحیه کوچک P ایجاد می گردد . علت تبدیل شدن نیمه هادی نوع N به نوع P این است که در اثر عبور این جریان از نوک سیم ، اتم های خارجی وارد نیمه هادی N گردیده و آن را تبدیل به نوع P می نمایند . از این دیودها بیشتر در مدارات آشکارساز و مخلوط کننده استفاده می شود . 

تشخیص آند و کاتد و سالم بودن دیود :

به وسیله اهم متر آنالوگ و نیز مولتی متر دیجیتال می توان آند و کاتد دیود را تشخیص داد و نیز به سالم و یا معیوب بودن آن پی برد . در ادامه هر دو روش را بررسی می کنیم . 
تشخیص آند و کاتد و سالم بودن دیود با استفاده از اهم متر آنالوگ :

اگر اهم متر آنالوگ ( عقربه ای ) را به دو سر دیود وصل کرده و اهم آن را اندازه بگیرید سپس اتصال دیود را برعکس کرده ، مجدداً اهم آن را اندازه بگیرید در صورتی که در یک حالت اهم متر ، اهم کم و در حالت دیگر اهم زیاد را اندازه بگیرد دیود سالم است . واضح است که در حالت اهم کم ، دیود به وسیله باتری داخلی اهم متر در بایاس مستقیم قرار گرفته است و در حالتی که اهم متر ، اهم زیاد را نشان می دهد دیود در بایاس معکوس قرار گرفته است که اصطلاحاً گفته می شود دیود از یک طرف راه می دهد و از طرف دیگر راه نمی دهد . در شکل های (26) و (27) این دو حالت نمایش داده شده است . در شکل (26) دیود در بایاس مستقیم و در شکل (27) دیود در بایاس معکوس می باشد .

  

شکل (26)

  

شکل (27)

در حالتی که اهم متر ، اهم کم را نشان می دهد مثبت واقعی اهم متر به آند و منفی واقعی اهم متر به کاتد دیود اتصال دارد . به ترتیب می توان آند و کاتد دیود را تعیین کرد . البته مقدار مقاومتی که اهم متر نشان می دهد به انتخاب کلید سلکتور اهم متر بستگی دارد . 
یک دیود در صورتی معیوب می باشد که قطع و یا اتصال کوتاه شده باشد . در صورتی که دیود قطع شده باشد ، در هر دو حالت اتصال اهم متر به دو سر آن ، اهم متر ، اهم بینهایت را نشان می دهد و در صورتی که دیود اتصال کوتاه شده باشد در هر دو حالت اتصال اهم متر به دو سر دیود ، اهم متر ، اهم صفر را نشان می دهد . 

تشخیص آند و کاتد وسالم بودن دیود با استفاده از مولتی متر دیجیتالی :

اغلب مولتی مترهای دیجیتالی دارای وضعیت تست دیود هستند . هرگاه کلید سلکتور مولتی متر دیجیتالی را در وضعیت تست دیود که با علامت اختصاری دیود معمولی مشخص شده است قرار دهید و دیود به وسیله مولتی متر در بایاس موافق قرار بگیرد مولتی متر دیجیتالی ولتاژ بایاس دیود را نشان می دهد که این ولتاژ برای دیودهای سیلیسیومی بین 0.5 تا 0.7 ولت و برای دیودهای ژرمانیومی حدود 0.2 ولت می باشد . البته در بعضی از مولتی مترهای دیجیتالی در این حالت عبارت good نیز بر روی صفحه نمایش مولتی متر ظاهر می شود . اما اگر دیود در بایاس مخالف قرار گیرد ، ولتاژ بایاس مخالف اعمال شده به وسیله مولتی متر به دو سر دیود ، توسط مولتی متر نمایش داده خواهد شد و در بعضی از مولتی مترهای دیجیتالی در این حالت عبارت open بر روی صفحه نمایش مولتی متر نمایش داده می شود . در حالتی که مولتی متر ولتاژ بایاس موافق دیود را نشان می دهد ، سیم منفی ( com ) به کاتد و سیم مثبت به آند متصل است و به این ترتیب می توان آند و کاتد دیود را تعیین کرد . در صورتی که دیود قطع شده باشد در هر دو وضعیت اتصال مولتی متر به دیود ، روی صفحه نمایش آن ولتاژ باتری داخلی یا عبارت open نمایش داده می شود و اگر دیود اتصال کوتاه شده باشد در هر دو وضعیت اتصال مولتی متر به دیود ، روی صفحه نمایش مولتی متر ولتاژ صفر نمایش داده می شود . 

نامگذاری دیودها : برای نامگذار دیودها سه روش مهم وجود دارد . هر چند برخی از کارخانه های سازنده در گوشه و کنار دنیا از روش های مخصوصی برای نامگذاری استفاده می نمایند . این سه روش عبارتند از :

1- روش ژاپنی

  2- روش اروپایی 

  3- روش آمریکایی 
روش ژاپنی : در این روش نامگذاری از عدد 1 و حرف S که به دنبال آن می آید استفاده می شود و به دنبال آن تعدادی شماره خواهد آمد که با مراجعه به جدول مشخصات دیودها می توان مشخصات الکتریکی آن را به دست آورد . در این روش ، جنس و نوع دیود مشخص نمی باشد . به عنوان مثال دیود 1S3010A دیود زنر ، دیود 1S310 یک دیود معمولی و دیود 1S2049 یک دیود واراکتور است . 
روش اروپایی : در روش اروپایی تا سال 1960 تمامی دیودها را با حروف OA و تعدادی شماره به دنبال آن مشخص می کردند که با مراجعه به جدول مشخصات دیودها می توانستیم مشخصات الکتریکی آن را به دست آوریم . مانند دیود OA34 . اما از سال 1960 به بعد این روش نامگذاری تغییر کرد . نحوه تغییر به این صورت بود که دیودهایی که بیشتر در مدارات رادیو و تلویزیون به کار می روند با دو حرف و سه شماره مشخص می شوند و دیودهایی که کاربرد آنها در مدارات مخصوصی می باشد با سه حرف و دو شماره معین می شوند . روش دو حرفی و سه شماره ای به این صورت است که حرف اول جنس نیمه هادی به کار رفته در دیود را مشخص می کند . اگر دیود از جنس ژرمانیوم باشد با حرف A و اگر از جنس سیلیسیوم باشد با حرف B مشخص می شود . حرف دوم نوع دیود را مشخص می کند که حرف A بیانگر دیود معمولی یکسوکننده ، حرف B بیانگر دیود واراکتور ، حرف Y بیانگر دیود یکسوکننده قدرت و حرف Z بیانگر دیود زنر است . بعد از این حروف شماره هایی آورده می شود که می توان با استفاده از آنها و با مراجعه به جدول مشخصات دیودها ، مشخصات الکتریکی دیود را به دست آورد . مثلاً دیود BA316 یک دیود یکسوکننده معمولی سیلیسیومی است و برای به دست آوردن مشخصات الکتریکی آن باید به جدول مشخصات دیودها مراجعه کرد . لازم به تذکر است که در اکثر مواقع در مورد نامگذاری دیود زنر ، ولتاژ زنر را نیز بر روی آن قید می کنند . 
روش آمریکایی : در این روش از عدد 1 و حرف N و تعدادی شماره که به دنبال آن می آید استفاده می شود . در این روش جنس و نوع دیود مشخص نمی باشد . با توجه به شماره ای که بعد از 1N می آید می توان با مراجعه به جدول مشخصات دیودها مشخصات الکتریکی و نوع دیود را تعیین کرد . مثلاً دیود 1N4007 یک دیود یکسو کننده است که مشخصات الکتریکی آن را می توان از جداول مربوطه به دست آورد . بعضی مواقع نیز به جای ارقام بعد از 1N از کدهای رنگی استفاده می شود . زمانی که از کدهای رنگی استفاده می شود از چاپ 1N صرفنظر می شود . کدهای رنگی مانند مقاومت ها می باشد با این تفاوت که شماره رنگ ها به دنبال هم قرار می گیرد . مثلاً دیود نمایش داده شده در شکل (28) ، دیود 1N4148 می باشد .

  

شکل (28)

دیود چیست؟(بخش اول)

دیودها از نیمه هادی های نوع N و P ساخته می شوند . ( برای آشنایی با نیمه هادی ها ، به صفحه آشنایی با نیمه هادی ها از همین وب سایت مراجعه فرمایید ) . هرگاه دو کریستال نیمه هادی نوع N و P به هم اتصال یابند الکترونهای آزاد نیمه هادی نوع N که در نزدیکی محل اتصال P–N قرار دارند به منطقه P نفوذ می نمایند و با حفره های کریستال نوع P ترکیب می شوند و به این ترتیب حفره هایی از بین می روند و الکترونهای آزاد به صورت الکترون های ظرفیت درمی آیند . عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون می شود زیرا وقتی الکترونی از ناحیه N به ناحیه P وارد می شود در ناحیه N یک اتم پنج ظرفیتی الکترونی را از دست داده و به یون مثبت تبدیل می شود و در مقابل ، در ناحیه P یک اتم سه ظرفیتی الکترونی را دریافت می کند و به یون منفی تبدیل می شود . به این ترتیب در اثر عبور تعداد زیادی الکترون از محل اتصال نیمه هادی ها ، در محل پیوند تعداد زیادی یون مثبت و منفی ایجاد می شود . این یون ها در کریستال ثابت هستند زیرا به علت پیوند کووالانس بین الکترونهای اتم ها ، نمی توانند مانند الکترونهای آزاد حرکت کنند . بنابراین در محل پیوند ناحیه ای به نام لایه تخلیه به وجود می آید که در آن حامل های هدایت الکتریکی یعنی الکترونها و حفره ها وجود ندارند . به ناحیه تخلیه ، ناحیه سد هم گفته می شود . یون های مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی می شوند . این میدان الکتریکی با عبور الکترونهای آزاد از محل اتصال مخالفت می کند . هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال گردد حالت تعادل به وجود می آید و به این صورت دیود کریستالی ساخته می شود . ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه ، پتانسیل سد نامیده می شود . در شکل (1) ساختمان دیود نمایش داده شده است .

شکل (1)

در این شکل یون های مثبت ومنفی در ناحیه تخلیه و میدان الکتریکی ایجاد شده بین یون ها و همچنین نیمه هادی های نوع N و P به خوبی نمایش داده شده است . در این شکل دایره های سفید رنگ ، بیانگر حفره ها و دایره های دنباله دار قرمز رنگ ، بیانگر الکترونهای آزاد در حال حرکت هستند . در ادامه می خواهیم به بررسی این موضوع بپردازیم که اگر ولتاژی به دو سر اتصال P–N اعمال شود چه اتفاقی روی می دهد . 

بایاس کردن اتصال P–N : هرگاه به دو سر اتصال P–N ولتاژی اعمال کنیم گوییم آن را بایاس نموده ایم . بایاس کردن اتصال P–N به دو صورت مستقیم و معکوس انجام می گیرد . 
بایاس مستقیم ( Forward Bias ) : اگر قطب مثبت منبع تغذیه را به نیمه هادی نوع P و قطب منفی منبع تغذیه را به نیمه هادی نوع N وصل کنیم ، دیود را در بایاس مستقیم یا موافق قرار داده ایم . در شکل (2) بایاس مستقیم دیود نمایش داده شده است .

 

شکل (2)

هنگامی که میدان الکتریکی ناشی از منبع تغذیه ، میدان الکتریکی پتانسیل سد را خنثی می کند ، منطقه تخلیه و پتانسیل سد از بین می رود و الکترونهای کریستال N به سمت محل پیوند رانده می شوند . این الکترونها وارد کریستال نوع P شده و در اثر ترکیب با حفره ها به الکترون ظرفیت تبدیل می شوند . الکترونهای ظرفیت از حفره ای به حفره دیگر می روند تا به انتهای کریستال و سرانجام به قطب مثبت منبع تغذیه می رسند . چنین به نظر می رسد که حفره ها در کریستال نوع P در خلاف جهت حرکت الکترونها حرکت می کنند و جریانی را به وجود می آورند ، در حالی که عملاً آنها بدون حرکت هستند . در بایاس مستقیم دیود ، اگر ولتاژ دو سر دیود را به تدریج از صفر افزایش دهیم ، در ابتدا جریان کمی از مدار عبور خواهد کرد . همین که ولتاژ دو سر دیود به حدود ولتاژ تماس پیوند P–N رسید جریان شروع به افزایش می نماید . این ولتاژ حدی را ولتاژ آستانه هدایت دیود می گویند . در شکل (3) منحنی مشخصه ولت – آمپر دیود در بایاس مستقیم نمایش داده شده است .

 

شکل (3)

بایاس معکوس ( Reverse Bias ) : اگر قطب مثبت منبع تغذیه را به کریستال نوع N و قطب منفی آن را به کریستال نوع P متصل کنیم ، دیود را در بایاس معکوس یا مخالف قرار داده ایم . در شکل (4) بایاس معکوس دیود نمایش داده شده است .

 

شکل (4)

در این حالت الکترونهایی از قطب منفی منبع تغذیه وارد نیمه هادی نوع P می شوند و با حفره های مجاور ناحیه تخلیه ترکیب می شوند و به این ترتیب سبب افزایش عرض ناحیه تخلیه در نیمه هادی نوع P می شوند . همچنین در نیمه هادی نوع N ، الکترونهای اطراف ناحیه تخلیه جذب قطب مثبت منبع تغذیه می شوند و آن نواحی از الکترون تهی می شود و به این ترتیب در نیمه هادی نوع N نیز عرض ناحیه تخلیه افزایش می یابد . با افزایش ناحیه تخلیه ، پتانسیل سد نیز افزایش می یابد و این افزایش پتانسیل سد آنقدر ادامه می یابد تا پتانسیل سد با ولتاژ منبع تغذیه برابر شود و پس از آن عرض ناحیه تخلیه ثابت خواهد ماند . علت این امر این است که زمانی که پتانسیل سد با ولتاژ منبع تغذیه برابر می شود در نیمه هادی نوع N ، نیروی دافعه بین یون های منفی و الکترونهای قطب منفی منبع تغذیه مانع نزدیک شدن این الکترونها به ناحیه تخلیه می شود و در نتیجه عرض ناحیه تخلیه در این نیمه هادی ثابت می ماند . همچنین در نیمه هادی نوع P نیز ، نیروی جاذبه بین یون های مثبت و الکترونهای اطراف ناحیه تخلیه ، مانع دور شدن این الکترونها از این نواحی می شود و در نتیجه در این نیمه هادی نیز عرض ناحیه تخلیه ثابت می ماند . البته توجه داشته باشید که در بایاس معکوس دیود ، جریان بسیار ضعیفی از دیود عبور می کند که جهت این جریان از طرف کاتد به طرف آند است و علت برقراری این جریان در دیود این است که در بایاس معکوس دیود ، در ناحیه تخلیه یک میدان الکتریکی قوی ایجاد می شود . تحت تأثیر این میدان و نیز انرژی حرارتی محیط ، بعضی از پیوند های کووالانسی بین یون ها و اتم ها شکسته شده و الکترونهایی آزاد می شوند . الکترونهای آزاد شده در خلاف جهت میدان حرکت کرده و خود را به قطب مثبت منبع تغذیه می رسانند . بعضی از این الکترونها در طول مسیر خود با حامل های اقلیت نیمه هادی نوع N یعنی حفره ها ترکیب می شوند و در اثر شکسته شدن پیوندها یی ، مجدداً همان تعداد الکترون آزاد می شود که به طرف قطب مثبت منبع تغذیه حرکت می کنند . هم زمان در نیمه هادی نوع P نیز ، حامل های اقلیت که الکترونها هستند وارد ناحیه تخلیه شده و با حفره های ایجاد شده ترکیب می شوند و همان تعداد الکترون از منبع تغذیه وارد نیمه هادی نوع P می شود و به این ترتیب جریان ضعیفی در دیود جاری می شود که به آن جریان اشباع معکوس دیود می گویند . بنابراین ، این حامل های اقلیت نیمه هادی ها هستند که سبب برقراری جریان اشباع معکوس در دیود می شوند . مقدار جریان اشباع معکوس دیود به درجه حرارت محیط وابسته است و پس از به اشباع رسیدن جریان معکوس دیود ، افزایش ولتاژ معکوس در مقدار آن تأثیری ندارد . اما آیا می توان هر مقدار ولتاژ معکوسی را به دو سر دیود وصل کرد ؟ این موضوع را در ادامه و تحت عنوان ولتاژ شکست معکوس دیود مورد بررسی قرار می دهیم . 

ولتاژ شکست معکوس دیود : زمانی که ولتاژ معکوس دو سر دیود از یک مقدار مشخصی بیشتر شود جریان معکوس دیود به سرعت و به شدت افزایش می یابد و این جریان زیاد ، حرارت زیادی در دیود تولید می کند که سبب سوختن دیود می شود . به پدیده ای که در این حالت رخ می دهد پدیده شکست و به ولتاژی که در آن ، این پدیده آغاز می شود ولتاژ شکست معکوس دیود می گویند . پدیده شکست دیود می تواند حاصل یکی از دو پدیده شکست ضرب بهمنی و یا شکست زنر باشد که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم . 

پدیده شکست ضرب بهمنی : دیدیم که در بایاس معکوس دیود با زیاد شدن ولتاژ معکوس ، عرض ناحیه تخلیه بیشتر می شود و همچنین شدت میدان الکتریکی در این ناحیه افزایش می یابد . حال اگر ولتاژ معکوس دیود به مقدار خاصی برسد ، در اثر میدان الکتریکی قوی ایجاد شده ، حامل های اقلیت نیمه هادی نوع P در خلاف جهت میدان شروع به حرکت کرده و به سرعت شتاب می گیرند . این حامل ها با شتاب گرفتن خود می توانند با شدت زیاد با یون ها و اتم های واقع در ناحیه تخلیه برخورد نموده و ضمن شکستن پیوندهای کووالانس آنها ، تعدادی حامل جدید را نیز آزاد نمایند . حامل های جدید نیز تحت تأثیر میدان الکتریکی زیاد در ناحیه تخلیه قرار گرفته و پس از برخورد با یون ها و اتم های دیگر ، حامل های بیشتری را از پیوندهای کووالانس آنها جدا می سازند . بنابراین تعداد حامل هایی که می توانند در ایجاد جریان دخالت کنند بطور ناگهانی افزایش یافته و باعث افزایش سریع جریان می شوند . این پدیده را که موجب افزایش ناگهانی جریان معکوس دیود می شود ، پدیده شکست ضرب بهمنی گویند . 

پدیده شکست زنر : با زیاد شدن ولتاژ معکوس دیود ، شدت میدان الکتریکی در ناحیه تخلیه ممکن است به حدی برسد که بتواند مستقیماً پیوندهای کووالانسی موجود در این ناحیه را شکسته و الکترونهای زیادی را آزاد نماید . در این حالت جدا شدن الکترونها ناشی از برخورد سایر الکترونها با آنها نبوده ، بلکه ناشی از تأثیر مستقیم میدان الکتریکی ناحیه تخلیه بر آنها است . این پدیده نیز باعث افزایش سریع جریان معکوس دیود می شود . 
در شکل (5) منحنی مشخصه ولت – آمپر دیود در بایاس معکوس نمایش داده شده است .

 

شکل (5)

مقادیر حد در دیودها : برخی از کمیت های دیود اگر از میزان ماکزیمم بیشتر شوند به دیود آسیب می رسانند . مقادیر ماکزیمم این کمیت ها مقادیر حد دیود نام دارند . برخی از مقادیر حد که در کتاب مشخصات دیودها آورده می شوند و با توجه به طراحی می توان از آنها استفاده نمود عبارتند از : 
1- حداکثر ولتاژ معکوس : حداکثر ولتاژی که در بایاس معکوس می تواند در دو سر دیود قرار گیرد بطوری که دیود آسیب نبیند ، حداکثر ولتاژ معکوس دیود نام دارد . معمولاً چهار پارامتر برای حداکثر ولتاژ معکوس قید می شود که این چهار پارامتر عبارتند از : 
الف ) حداکثر ولتاژ معکوس DC : حداکثر ولتاژ DC اعمال شده به دو سر دیود در بایاس معکوس که دیود می تواند تحمل کند را حداکثر ولتاژ معکوس DC می گویند و آن را با V_R نمایش می دهند . 
ب) حداکثر ولتاژ معکوس مؤثر : حداکثر ولتاژ مؤثری که به صورت معکوس می تواند در دو سر دیود قرار گیرد به طوری که دیود آسیب نبیند و آن را با ₍V_R(rms نمایش می دهند . 
ج ) ولتاژ معکوس قابل تحمل در وضعیت کار عادی : حداکثر ولتاژ معکوس قابل تحمل توسط دیود در وضعیت کار عادی را ولتاژ معکوس قابل تحمل در وضعیت کار عادی می گویند و آن را با V_RWM نمایش می دهند . 
د ) ماکزیمم ولتاژ معکوس تکرار سیکل ها : حداکثر ولتاژ معکوسی که به صورت تکرار سیکل ها می تواند در دو سر دیود قرار بگیرد بطوری که دیود آسیب نبیند را ماکزیمم ولتاژ معکوس تکرار سیکل ها می گویند و آن را با V_RRM نمایش می دهند . 

2- حداکثر جریان مستقیم : به حداکثر جریان DC یا متوسط که می توان از دیود در گرایش مستقیم عبور داد به گونه ای که دیود آسیب نبیند حداکثر جریان مستقیم دیود می گویند و آن را با I_F نمایش می دهند . در اثر عبور این جریان در محل اتصال P–N حرارت ایجاد می شود . اگر در هوای آزاد ، حرارت ایجاد شده در دیود خوب دفع نشود دیود را روی گرماگیر نصب نمود . 

3- حداکثر جریان تکرای : حداکثر جریانی که به صورت تکرار سیکل ها در بایاس مستقیم در دیود جاری می شود را حداکثر جریان تکراری دیود می گویند و آن را با I_FRMنمایش می دهند . در شکل (6) یک نمونه جریان تکراری نمایش داده شده است .

  

شکل (6)

4- حداکثر جریان لحظه ای : حداکثر جریانی که در زمان بسیار کوتاه ( حدود چند میکروثانیه ) می تواند از دیود عبور کند به گونه ای که به دیود آسیب نرسد را حداکثر جریان لحظه ای دیود گویند و آن را با I_FSM نمایش می دهند . 

5- درجه حرارت محل پیوند : حداکثر حرارتی که در یک دیود ، در محل پیوند نیمه هادی های N و P می تواند ایجاد شود به طوری که به دیود آسیب نرسد و آن را با T_jنمایش داده می شود . 

انواع دیود : دیودها انواع مختلفی دارند که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم . 
دیود معمولی : دیودهای معمولی سیلیسیمی در بایاس مستقیم و به ازای ولتاژهای کمتر از 0.5 ولت جریانی را از خود عبور نمی دهند . اگر ولتاژ بایاس بین 0.5 تا حدود 0.65 ولت شود ، جریان ضعیفی در دیود برقرار می شود و اگر ولتاژ بایاس بیشتر از این مقدار شود جریان دیود به طور ناگهانی افزایش می یابد . بنابراین ولتاژ آستانه هدایت دیود معمولی سیلیسیمی حدود 0.65 ولت می باشد . دیودهای معمولی ژرمانیومی دارای ولتاژ آستانه هدایت 0.2 ولت می باشند . این دیودها در بایاس مستقیم ، به ازای ولتاژ بایاس کمتر از 0.1 ولت جریانی را از خود عبور نمی دهند و اگر ولتاژ بایاس بین 0.1 تا 0.2 ولت شود ، جریان ضعیفی در دیود برقرار می شود و در صورتی که مقدار ولتاژ بایاس از 0.2 ولت بیشتر شود ، جریان دیود به طور ناگهانی افزایش می یابد . دیودهای معمولی دارای ولتاژ شکست معکوس بالایی هستند که مقدار ولتاژ شکست معکوس هر نوع دیود توسط کارخانه سازنده آن مشخص می شود . دیودهای معمولی ، از نظر شکل ظاهری انواع مختلفی دارند اما علامت اختصاری همه آنها یکسان است . در شکل (7) علامت اختصاری دیود معمولی نمایش داده شده است .

  

شکل (7)

در شکل (7) ، علامت مثلث ، جهت جریان قراردادی در دیود به ازای بایاس مستقیم را نشان می دهد . همچنین نیمه هادی نوع P ، آند و نیمه هادی نوع N ، کاتد نام گذاری شده است و شرط هدایت دیود این است که ولتاژ آند حداقل به اندازه ولتاژ آستانه هدایت دیود ، بیشتر از کاتد باشد . معمولاً بر روی دیود ، پایه کاتد توسط یک نوار رنگی و یا یک نقطه مشخص می شود و گاهی نیز بر روی دیود علامت اختصاری آن را درج می کنند که در این صورت تشخیص پایه های دیود مطابق شکل (7) می باشد . تعدادی از دیودهای معمولی که کاربرد زیادی دارند دیودهای 1N4001 تا 1N4007 هستند . این دیودها در مدارهای مختلف از جمله در مدارهای یکسوساز به وفور مورد استفاده قرار می گیرند . در جدول شماره (1) این دیودها از نظر مقادیر حد ، با یکدیگر مقایسه شده اند .

حروف اختصاری	1N4001	1N4002	1N4003	1N4004	1N4005	1N4006	1N4007	واحد
VRRM VRWM VR	50	100	200	400	600	800	1000	ولت
VRSM	60	120	240	480	720	1000	1200	ولت
VR(rms)	35	70	140	280	420	560	700	ولت
IF	1							آمپر
IFSM	30 ( برای یک سیکل )							آمپر
Tj	– 65 to +175							درجه سانتی گراد

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول شماره (1)

 

در شکل (8) تصویری از چند دیود معمولی 1N4007 نمایش داده شده است .

  

شکل (8)

دیود زنر ( Zener Diode ) : دیود زنر هم مانند دیود معمولی از اتصال دو کریستال P و N ساخته می شود . جنس نیمه هادی های این دیود از سیلیسیم بوده و در بایاس موافق مانند یک دیود معمولی سیلیسیمی عمل می کند . بر خلاف دیود های معمولی که در بایاس مخالف ، در منطقه شکست آسیب می بینند ، دیودهای زنر به گونه ای ساخته می شوند تا بتوانند در منطقه شکست کار کنند . وقتی ولتاژ بایاس مخالف دیود زنر را به تدریج افزایش دهیم ، در یک ولتاژ خاص دیود شروع به هدایت می کند. ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس هادی می شود به ولتاژ شکست زنر معروف است . در کارخانه های سازنده دیود زنر ، با تنظیم میزان ناخالصی در این دیودها ، دیودهایی با ولتاژهای شکست مختلف ساخته می شوند . با هادی شدن دیود در ولتاژ شکست دیود ، ولتاژ دو سر دیود تقریباً ثابت می ماند و جریان عبوری از دیود افزایش می یابد . از این خاصیت دیود زنر برای تثبیت ولتاژ استفاده می شود . منحنی مشخصه ولت – آمپر دیود زنر شبیه به منحنی مشخصه ولت – آمپر دیود معمولی است . در شکل (9) علائم اختصاری دیود زنر نمایش داده شده است .

  

شکل (9)

استاندارد ولتاژهای زنر : دیود زنر در ولتاژهای شکست مختلف مطابق استاندارد سری E ساخته می شود . دو سری استاندارد E₁₂ و E₂₄ متداول تر است . ولتاژ زنر معمولاً از 2.4 ولت تا 200 ولت ساخته می شود. سری E₁₂ دارای تلرانس 10 درصد و سری E₂₄ دارای تلرانس 5 درصد است . معمولاً تلرانس همراه با ولتاژ شکست بر روی دیود نوشته می شود . حرف C برای تلرانس 5 درصد و حرف D برای تلرانس 10 درصد به کار می رود . 

توان دیودهای زنر : جریانی که در بایاس معکوس ، از دیود زنر عبور می کند اگر زیاد شود باعث سوختن دیود می شود . زیرا این جریان باعث به وجود آمدن حرارت در محل پیوند P–N می شود . حداکثر جریانی که به ازای آن ، دیود معیوب نمی شود بستگی به توان زنر و ولتاژ شکست زنر دارد . توان دیود زنر از رابطه زیر به دست می آید .

که در این رابطه P_Z توان دیود زنر ، V_Z ولتاژ شکست زنر و I_Z حداکثر جریانی است که می تواند در بایاس معکوس از دیود زنر عبور کند . بنابراین در صورت داشتن توان زنر و ولتاژ شکست آن ، می توان با استفاده از فرمول بالا حداکثر جریانی که می تواند در بایاس معکوس از دیود عبور کند به طوری که دیود آسیب نبیند را به دست آورد . دیددهای زنر معمولاً برای توان های 0.15 وات تا 50 وات ساخته می شوند . در شکل (10) یک نمونه دیود زنر توان پایین و در شکل (11) نیز یک نمونه دیود زنر توان بالا نمایش داده شده است .

شکل (10)

شکل (11)

ضریب حرارتی دیود زنر : مقدار ولتاژ دیود زنر در اثر گرما تغییر می کند . کارخانجات سازنده برای هر دیود زنر ضریبی را تعیین می کنند که این ضریب بیانگر این است که به ازای تغییر حرارت به اندازه یک درجه ، ولتاژ زنر چه تغییری می کند . این ضریب را ضریب حرارتی دیود زنر می نامند . ضریب حرارتی دیود زنر با ولتاژ شکست 5.1 ولت تا 5.6 ولت تقریباً صفر است و برای ولتاژهای کمتر از این مقدار ضریب حرارتی منفی و برای ولتاژهای بیشتر از این مقدار ضریب حرارتی مثبت می باشد . 

دیود نور دهنده یا LED : واژه LED از عبارت Light Emitting Diode به معنای دیود منتشر کننده نور گرفته شده است . دیود نور دهنده از دو نیمه هادی نوع N و P ساخته شده است . هرگاه این دیود در بایاس مستقیم قرار گیرد و جریان به اندازه کافی باشد ، دیود از خود نور تولید می کند . نور تولیدی در محل اتصال نیمه هادی های N و P ایجاد می شود . رنگ نور تولیدی به جنس نیمه هادی های استفاده شده در دیود بستگی دارد و این دیودها معمولاً دارای نورهایی به رنگ های آبی ، قرمز ، زرد ، نارنجی ، سفید و سبز هستند . نور تولید شده ، نتیجه بعضی از ترکیبات بین الکترونها و حفره ها می باشد که به صورت پالس های نور ظاهر می شود . لازم به تذکر است که این عمل برای دیودهای معمولی نیز اتفاق می افتد ولی در این دیودها فرکانس نور تولید شده به اندازه ای است که نور قابل رؤیت نمی باشد . بیشترین نور در محل اتصال نیمه هادی های نوع N و P تولید می شود زیرا در این محل ، الکترونها و حفره های بیشتری با یکدیگر ترکیب می شوند . در شکل (12) تصویری از چند LED و در شکل (13) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

 شکل (12)

شکل (13)

در شکل (14) منحنی نور تولید شده توسط دیود نور دهنده ، نسبت به جریان عبوری از آن نمایش داده شده است . همانطور که مشاهده می کنید این منحنی کاملاً خطی است . بنابراین به وسیله دیود نور دهنده می توان سیگنال های الکتریکی را به نور تبدیل نمود و آنها را به روشهای مختلف از جمله با استفاده از فیبرهای نوری ارسال کرد و در انتهای مسیر مجدداً نور دریافت شده را که بدون اعوجاج است به سیگنال های الکتریکی تبدیل نمود .

شکل (14)

مقدار نوری که از دیود نور دهنده خارج می شود به وسیله شکل فیزیکی آن کنترل می شود . شکل نیم کره ای قادر به خارج کردن نور بیشتری است و به همین دلیل این شکل فیزیکی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد . اما استفاده از دیود نور دهنده مزایای زیادی دارد از جمله کوچک بودن اندازه آن ، داشتن عمر کارکرد بالا ( حدود یکصد هزار ساعت ) ، داشتن سرعت بالا در قطع و وصل نور ، تلفات حرارتی کم ، داشتن ولتاژ کار کم ( بین 1.7 تا 3.3 ولت ) ، مصرف جریان کم ( حدود چند میلی آمپر ) و داشتن توان کم ( حدود 10 تا 150 میلی وات ) .

مقاومت الکتریکی

هر جسمی هنگام عبور جریان الکتریکی از آن مقاومتی از خود نشان می‌دهد که مقاومت الکتریکی نام دارد. در این بخش مقاومت الکتریکی را بررسی می‌کنیم.

 

عبور جریان الکتریکی از هادی‌ها از بسیاری جهات شبیه عبور گاز از یک لوله است. اگر این لوله پر از پشم فلزی یا ماده مختلطی باشد، این شباهت‌ها بیشتر می‌شود. اتم‌های تشکیل دهنده سیم هادی از عبور الکترون‌ها جلوگیری می‌کنند، همان ‌طور که الیاف پشم فلزی مانع عبور مولکول‌های گاز می‌شوند. حال می‌خواهیم ببینیم که مقاومت هادی‌ها به غیر از جنس فلز به چه عواملی دیگری بستگی دارد.

 

مقاومت هر جسمی به الکترون‌های آزاد آن بستگی دارد. واحد شدت الکتریکی آمپر (A) است. یک آمپر یعنی این که 6/28 ضرب در 10 به توان 18 الکترون آزاد در هر ثانیه از هر نقطه سیم عبور می‌کند. پس یک هادی خوب باید به مقدار کافی الکترون آزاد داشته باشد تا جریان الکتریکی با چندین آمپر بتواند از آن عبور کند. بنابراین هرگاه پهنای فلز افزایش یابد، در حقیقت سطح مقطع زیادتر و در نتیجه مقاومت کم‌تر می‌شود. پس سطح مقطع عکس مقاومت عمل می‌کند.

 

مقاومت‌ها دارای مشخصه‌هایی هستند که این مشخصه‌ها برای طراحان مدارهای الکتریکی و الکترونیکی از اهمیت بالایی برخوردارند. مهم‌ترین این مشخصه‌ها مقدار اهمی مقاومت یا همان مقدار مقاومت است و این مشخصه مقدار مقاومت را بر حسب واحد آن یعنی اهم بیان می‌کند و هر چه مقدار اهمی مقاومتی بیشتر باشد نشان دهنده این است که آن مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت بیشتری نشان می‌دهد و سبب افت جریان بیشتری در مدار می‌گردد.

 

مشخصه بعدی، توان مجاز مقاومت است و منظور از آن بیشترین توانی است که یک مقاومت به طور دائم می‌تواند تحمل کند. زمانی که از یک مقاومت جریان عبور می‌کند در اثر برخورد الکترون‌ها با اتم‌های تشکیل دهنده مقاومت، الکترون‌ها مقداری از انرژی خود را از دست می‌دهند و این انرژی به صورت گرما در مقاومت ظاهر می‌شود. گرمای ایجاد شده در داخل مقاومت باید از مقاومت خارج گردد وگرنه در اثر برخوردهای مکرر الکترون‌ها با اتم‌های تشکیل دهنده مقاومت، گرمای زیادی در داخل مقاومت ایجاد می‌شود که سبب سوختن مقاومت می‌گردد.

 

گرمای ایجاد شده در داخل مقاومت از طریق بدنه مقاومت به هوای اطراف منتقل می‌گردد و به این ترتیب از گرم شدن بیش از حد مقاومت و سوختن مقاومت جلوگیری می‌شود. اما نکته‌ای که باید مورد توجه قرار گیرد این است که توان مجاز هر مقاومت با مساحت بدنه مقاومت و یا به عبارتی با حجم مقاومت نسبت مستقیم دارد یعنی هر چه یک مقاومت دارای حجم بیشتری باشد در واحد زمان می‌تواند حرارت بیشتری را به محیط اطراف انتقال دهد و در نتیجه دارای توان مجاز بیشتری می‌باشد. توان مجاز مقاومت‌ها را یا روی مقاومت‌ها می‌نویسند و یا با توجه به حجم مقاومت‌ها، میزان توان مجاز مقاومت‌ها مشخص می‌شود.

 

 

سومین مشخصه یک مقاومت، تلرانس (Tolerance) آن مقاومت است. منظور از تلرانس یک مقاومت حداکثر خطای مجاز یک مقاومت نسبت به مقدار نامی آن مقاومت می‌باشد که معمولاً بر حسب درصد بیان می‌شود و به عبارت دیگر تلرانس یک مقاومت، محدوده مقدار واقعی آن مقاومت را مشخص می‌کند.

 

محاسبه مقدار اَهمی یک مقاومت در مقاومت‌های با وات پایین

معمولاً مقدار اُهمی مقاومت به صورت کدهای رنگی و بر روی بدنه آن چاپ می‌شود ولی در مقاومت‌های با وات بالاتر مثلاً 2 وات یا بیشتر، مقدار اُهمی مقاومت به صورت عدد بر روی آن نوشته می‌شود.

 

محاسبه مقدار اُهم مقاومت‌های رنگی بر اساس جدول رمز مقاومت‌ها و بسیار ساده انجام می‌شود. بر روی بدنه مقاومت معمولاً 4 رنگ وجود دارد. برای محاسبه از نوار رنگی نزدیک به کناره شروع می‌کنیم و ابتدا شماره دو رنگ اول را نوشته و سپس به میزان عدد رنگ سوم در مقابل دو عدد قبلی صفر قرار می‌دهیم. اینک مقدار مقاومت بر حسب اُهم بدست می‌آید.

 

 

شماره رنگ اول و دوم را می‌نویسیم و سپس به تعداد عدد رنگ سوم در مقابل دو رقم قبلی صفر قرار می‌دهیم.

خازن ها

معرفی انواع خازن ها

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سبب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند. این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازنهای ثابت و خازنهای متغیر. 

1) خازنهای ثابت: این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند. 

2)‌ خازنهای متغیر: به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغییر داد: "فاصله صفحات" ، "سطح صفحات" و "نوع دی الکتریک". اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود "واریابل" نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن "تریمر" گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل 10 تا 400 پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود. 

انواع خازن های ثابت:

*‌ خازن سرامیکی 
خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 5 پیکو فاراد تا 1/0 میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای 100 مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود. 

*‌ خازن ورقه‌ای 
در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند: 
- خازنهای کاغذی 
- دی الکتریک: این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد. 

* خازن پلاستیکی 
در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها "پلی استر" گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است. 

* خازن میکا 
در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 01/0 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد. 

* خازن الکترولیتی 
این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت - نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند. 

* خازن آلومینیومی 
این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود "آند" نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود. 

* خازن تانتالیوم
در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است: 
1. ابعاد کوچکتر 
2. جریان نشتی کمتر 
3. عمر کارکرد طولانی 
از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی عبارتند از: 
- خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند. 
- نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن ، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند. 
- قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند. 
- خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا 330 میکرو فاراد ساخته می شوند)

* خازن کاغذی 
خازنهای کاغذی به دلیل ارزان بودن و اندازه کوچکشان مورد استفاده فراوان قرار می گیرند . جنس دی الکتریک آنها کاغذ آغشته به پارافین است و در ولتاژ پیش از 600 ولت مورد استفاده قرار می گیرند . صفحات این خازنها به صورت نوارهای صاف و طویل از جنس ورقه های قلع است . کاغذ آغشته به پارافین بین دو صفحه ، حکم دی الکتریک را دارد و این هر سه بصورت لوله ، پیچیده شده اند و داخل یک استوانه قرار می گیرند . 

* خازن هوا 
خازنی است که دی الکتریک آن هوا است و بیشتر برای انتخاب فرکانس مناسب در گیرنده ها با یک سلف به طور موازی بسته می شود . این گونه خازنها از چندین صفحه متحرک اند . صفحات به صورت یک در میان به فاصله منظم از یک دیگر قرار دارند . با چرخش محور که به صفحات متحرک کتصل است ، صفحات متحرک بین صفحات ثابت حرکت می کنند ، سطح موثر صفحات تغییر می کند و در نتیجه ، ظرفیت خازن نیز متناسب با گردش محور تغییر می کند . 

* خازن تریمر 
این خازنها بسیار کوچک اند و در مدارها بکمک پیچ گوشتی می توان آنها را تنظیم کرد . با تغییر دادن فاصله بین صفحات ، ظرفیت خازن تغییر می کند . ماده عایق این خازنها معمولا میکا یا سرامیک است . از این خازنها در فرکانس های بالا استفاده فراوان می شود .