- چهارشنبه ۶ آبان ۱۴۰۵
مدار الکتریکی چیست؟ اجزا، اصول عملکرد و انواع مدارهای برقی
دستگاه‌ها و قطعات الکترونیکی در دنیای مدرن امروز، نیاز به برق داشته و نیرو برق آن‌ها با استفاده از مدار الکتریکی به نقطه مورد نظر خواهد رسید. Electric Circuit در اصل، مدار مسی بوده و البته این مدار‌ها، امکان حرکت بار یا الکترون‌ها از یک منبع انرژی را فراهم خواهند کرد تا موتور برق یک دستگاه مانند: کامپیوتر روشن شود. از دیدگاه متخصصان این مدار‌ها، نقش هسته اصلی سیستم‌های الکترونیکی را بر عهده داشته و از اجزاء مختلفی تشکیل شده است. هر کدام از اجزاء Electric Circuit مانند: خازن یا سوئیچ‌ها، در یک مدار بسیار با اهمیت هستند.
به طور حتم درک کامل و آشنایی با هر یک از اجزاء مدارهای الکتریکی و نحوه عملکرد آن‌ها، برای مهندسان و تکنسین‌ها در کنار افرادی که از انواع دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌کنند؛ بسیار مفید و لازم خواهد بود. آشنایی با این مباحث و مفاهیم بنیادی این حوزه، باعث خواهد شد تا آن‌ها از تجهیزات برقی خود بیشتر مراقبت کنند. همچنین در صورت مواجه با مشکل، شناسایی و رفع آن نیز امکان‌پذیر خواهد بود. در صورتی که علاقه‌مند به کسب اطلاعات بیشتر درباره مدار الکتریکی و مباحث مرتبط مانند: انواع و نحوه عملکرد آن هستید، تا انتهای این مطلب با مجتمع فنی تهران همراه باشید.
منظور از مدار الکتریکی چیست؟
مدار الکتریکی یا Electric Circuit، یک شبکه حلقه بسته که مسیر برگشت را برای جریان برق فراهم خواهد کرد؛ است. این مسیر بسته شامل مجموعه‌ای از اجزا الکترونیکی و الکتریکی به شکل موازی یا سری به هم متصل خواهند شد تا یک مسیر پیوسته جهت عبور جریان برق فراهم کنند. برق در هر مدار، از منبع مانند: باتری یا سیم‌ها جریان پیدا کرده و سپس دوباره به همان منبع باز خواهد گشت. هدف اصلی مدارهای الکتریکی کنترل، انتقال و تبدیل برق به دیگر انواع انرژی مانند: نور یا حرکت خواهد بود.
مدارهای الکتریکی به زبان ساده‌تر، مسیری هستند که الکترون‌ها از آن عبور خواهند کرد تا از یک منبع مشخص مانند: باتری، انرژی گرفته و سپس این انرژی را به دستگاه مانند: کامپیوتر برساند. مطمئنا حضور مهندسان یا تکنسین‌های برق در ورکشاپ آموزش plc، باعث خواهد شد تا آن‌ها به شکل تخصصی‌تر و بنیادین با مدارهای الکتریکی آشنا شوند. از مهم‌ترین مباحث مطرح شده در این دوره آموزشی، آشنایی با اجزاء تشکیل‌دهنده این سیستم و نقش هر کدام در ارائه عملکرد عالی از سوی مدار الکتریکی خواهد بود.
انواع مدار الکتریکی
مدارهای الکتریکی در فرایند آموزش الکترونیک صنعتی یا ساختمان براساس معیار‌های مختلف، به انواع متعددی تقسیم‌بندی خواهد شد. مطمئنا آشنایی با هر کدام از انواع مدارهای الکتریکی و ویژگی‌های منحصر به فرد، باعث خواهد شد تا مهندس یا تکنسین برق از آن مدار، در جایگاه مناسب خود استفاده کند. در ادامه با برخی از مهم‌ترین انواع مدار الکتریکی، بیشتر آشنا خواهید شد.
مدار بسته
در این مدل از مدارهای الکتریکی یک مسیر بسته جهت حرکت جریان انرژی وجود خواهد داشت. بنابراین مسیر حرکت الکترون‌ها از یک سر یا سمت اتصال به سوی دیگر، امکان‌پذیر خواهد بود.
مدار باز
منظور از مدار باز در فرایند آموزش برق صنعتی و ساختمان، مداری خواهد بود که مسیر حرکت الکترون‌ها در آن قطع شده است. بنابراین ارتباطی الکتریکی بین دو سر اتصال وجود نداشته و در نتیجه جریان الکتریکی در این نوع از مدار، وجود ندارد.
مدار سری
اجزای الکتریکی در این نوع مدار به ترتیب و متوالی، به یکدیگر متصل خواهند شد. بنابراین جریان برق به شکل مسیر پیوسته از یک قطعه به سوی قطعه دیگر در جریان خواهد بود. به عبارتی دیگر همه عناصر الکتریکی مانند: خازن و مقاومت به شکل سری به هم متصل خواهند شد تا یک مسیر جهت عبور جریان برق به وجود بیایید.
مدار کوتاه
به طور حتم یکی از انواع مهم مدارهای الکتریکی در آموزش برق ساختمان و صنعتی، مدار کوتاه است. زیرا در این مدل از انواع مدارهای الکتریکی، دو سر اتصال مستقیما به هم متصل شده و در نتیجه با افزایش ناگهانی جریان الکتریکی، خطرات بسیاری را برای قطعات مدار ایجاد خواهد شد. مدار کوتاه الکتریکی مداری که ولتاژ آن به صفر رسیده است، اما جریان الکتریکی در آن بی‌نهایت خواهد بود.
مدار موازی
اجزا الکتریکی در این نوع از مدار به شکل موازی به یکدیگر متصل شده‌اند تا جریان به شکل مسیر‌های موازی از یک قطعه به سمت قطعه دیگر جریان پیدا کند. بنابراین مسیر‌های زیادی جهت عبور برق در این نوع از مدار ایجاد خواهد شد.
مدار AC
هنگامی که جهت حرکت الکترون‌ها به صورت دوره‌ای تغییر پیدا کند، جریان انرژی به عنوان جریان متناوب یا AC شناخته خواهد شد. در دنیای مدارهای الکتریکی مداری که این جریان را تامین کند، به عنوان مدار الکتریکی AC معرفی شده و به عبارتی دیگر مدارهای الکتریکی که حاوی منبع تغذیه ولتاژ متناوب باشند، مدار AC معرفی خواهند شد.
مدار فعال
مداری که منبع داخلی انرژی دارد یا انرژی را به منبع اصلی باز می‌گرداند، به عنوان مدار فعال شناخته خواهد شد. تقریبا تمامی مدارهای نیمه هادی به جز مدارهای دیود، در لیست مدارهای الکتریکی فعال قرار خواهند گرفت.
از دیگر انواع مدارهای الکتریکی، می‌توان به لیست زیر اشاره کرد:
- مدار خازنی
- مدارهای تک فاز
- مدار دو طرفه
- مدار القایی
- مدار خطی
- مدار یک طرفه
- مدار الکتریکی ستاره دلتا
- مدار مقاومتی
- مدار سری – موازی
آشنایی با اجزاء مدار الکتریکی
سیستم بسته مدارهای الکتریکی از اجزای الکتریکی و الکترونیکی جهت انتقال، تبدیل و کنترل انرژی برق در کنار اطلاعات تشکیل شده است. هر یک از این اجزاء، وظایف و مسئولیت‌های خاصی خود را دارند. در ادامه با برخی از مهم‌ترین اجزاء مدارهای الکتریکی، بیشتر پرداخته شده است.
سیم یا رسانا‌ها
مهندسان و تکنسین‌های برق جهت انتقال جریان الکتریکی از یک نقطه به سوی نقطه دیگر در مدار، از سیم یا رسانا‌ها استفاده خواهند کرد. این جز از اجزا مدارهای الکتریکی، باید از مقاومت کمی برخوردار باشد تا از انتقال یا حرکت الکترون‌ها در مدار، مطمئن شد. به طور معمول متریال اصلی این سیم‌ها یا رسانا‌ها، مس است.
ترانزیستور‌ها
جریان الکتریکی در مدار با استفاده از قطعه ترانزیستور، کنترل خواهد شد. از دیگر کاربرد‌های این جزء مهم در مدار الکتریکی می‌توان به سوئیچینگ، تقویت سیگنال‌ها و تولید موج‌های الکتریکی اشاره کرد.
خازن‌ها
قطعه خازن در مدار الکتریکی، نقش مهمی در ذخیره و تخلیه انرژی ایفا خواهد کرد. بنابراین استفاده از آن جهت تاخیر جریان، فیلترینگ و البته تنظیم ولتاژ کاربرد بسیار دارد.
منبع تغذیه
به طور حتم مهم‌ترین و اصلی ترین رکن در مدارهای الکتریکی، منبع تغذیه بوده و هدف اصلی آن تامین انرژی الکتریکی مدار خواهد بود. منبع تغذیه مدار انرژی الکتریکی را به صورت ولتاژ مستقیم یا متناوب به کمک آداپتور یا باتری فراهم خواهد کرد.
دیود‌ها
دیود‌ها در مدارهای الکتریکی، جریان انرژی را فقط در یک جهت عبور داده و در نتیجه سمت مخالف آن را، مسدود خواهند کرد. مهندسان برق هنگام حفاظت و مراقبت از مدار، تبدیل AC به DC و همچنین تولید سیگنال‌های ترازویی از دیود‌ها استفاده خواهند کرد.
مقاومت‌ها
منظور از مقاومت‌ها در مدارهای الکتریکی، اجزای است که جریان برق را محدود کرده و در نتیجه مقاومت الکتریکی در مدار ایجاد خواهد شد. مهندسان برق از آن جهت تقسیم ولتاژ، کنترل جریان و همچنین تولید گرما استفاده خواهند کرد.
مدارهای مجتمع
مدارهای مجتمع شامل چند قطعه الکترونیکی در داخل یک تراشه کوچک هستند. از مهم‌ترین وظایف این جز مدار الکتریکی شامل کنترل، پردازش سیگنال و حافظه خواهد بود.
سلف‌ها
سلف‌ها با استفاده از میدان مغناطیسی، انرژی الکتریکی را تخلیه و ذخیره خواهند کرد. بنابراین استفاده از آن جهت تنظیم ولتاژ، تقویت سیگنال‌ها و همچنین فیلترینگ لازم خواهد بود.
چگونگی عملکرد مدارهای الکتریکی
مدارهای الکتریکی در پیشرفت و توسعه فناوری‌های جدید نقش مهمی داشته و مطمئنا مدار را به عنوان زیر‌ساخت اصلی بسیاری از سیستم‌های پیشرفته معرفی کرد. بنابراین عدم شناخت و درک درست از نحوه عملکرد مدارهای الکتریکی، امکان نگهداری یا توسعه فناوری‌های نوین مانند: رباتیک و تجهیزات پزشکی غیر‌ممکن خواهد بود. اما مراحل عملکرد مدار الکتریکی، به ترتیب عبارت است از:
- عملکرد مدارهای الکتریکی به واسطه تامین انرژی از منبع تغذیه، شروع خواهد شد.
- در این مرحله با اعمال ولتاژ از منبع تغذیه مانند: باتری یا آداپتور، جریان در سیم‌ها یا رسانا‌ها حرکت خواهند کرد. به واسطه جریان الکتریکی یا برق، الکترون‌ها از نقطه در مدار به سمت نقطه دیگر منتقل خواهند شد.
- اکنون تمامی اجزاء مدار مانند: خازن، مقاومت‌ها، ترانزیستور‌ها و دیگر قطعات بایدیکدیگر تعامل خواهند کرد. به طور مثال مقاومت‌های جریان الکتریکی محدود کرده و قطعاتی مانند: سلف‌ها یا خازن‌ها، انرژی الکتریکی را تخلیه و ذخیره خواهند کرد.
- در این مرحله انرژی الکتریکی به واسطه اجزا مدار، تبدیل به انواع فعالیت خواهند شد. به طور مثال انرژی الکتریکی در مدار روشنایی، تبدیل به نور خواهد شد.
- در مرحله آخر انرژی الکتریکی مدار به واسطه قطعاتی مانند: سنسور یا ترانزیستور‌ها، کنترل خواهند شد. فرایند کنترل انرژی الکتریکی مدار، به صورت دستی یا خودکار انجام خواهد شد تا مدار امکان پاسخگویی به نیاز مختلف کاربردی یا محیطی مانند: نور را داشته باشد.
اصلی ترین کاربرد‌های مدارهای الکتریکی
آشنایی و یادگیری انواع مدارهای الکتریکی، اولین قدم علاقه‌مندان جهت ورود به دنیای الکترونیک و برق خواهد بود. زیرا مدار الکتریکی کاربرد بسیاری زیادی در این صنعت و دیگر صنایع مانند: پزشکی برعهده دارد. مطمئنا با توسعه و پیشرفت روز افزون فناوری‌های نوین، کاربرد این مدار‌ها در زندگی بشر نیز بیشتر خواهد شد.
از اصلی ترین کاربرد‌های مدارهای الکتریکی، می‌توان به موارد زیر پرداخت:
- استفاده از مدارهای الکتریکی جهت تشخیص و همچنین درمان بیماری‌ها در تجهیزات پزشکی
- نقش مدارهای الکتریکی در اتوماسیون صنعتی جهت فرایند تولید و بهینه‌سازی عملکرد ماشین آلات
- استفاده از مدارهای در خودروهای هیبریدی و الکتریکی جهت مدیریت سیستم موتور و باتری
- نقش مدارهای الکتریکی سیستم‌های انرژی تجدید پذیر جهت کنترل و ذخیره‌سازی انرژی
- استفاده از مدار الکتریکی جهت کنترل و البته حفاظت برای مدیریت و نظارت جریان برق
- نقش حیاتی مدارهای الکتریکی در سیستم توزیع و انتقال برق
سوالات متداول
در این بخش به پرسش‌های احتمالی شما درباره مدار الکتریکی و مباحث مرتبط با آن، پاسخ داده شده است.
مهندسان برق هنگام تولید سیگنال‌های ترازویی از کدوم جزء مدارهای الکتریکی استفاده خواهند کرد؟
انتخاب مهندسان برق جهت تولید سیگنال‌های ترازویی و همچنین مراقبت از مدار، دیود‌ها خواهند بود.
تفاوت خازن و سلف در مدارهای الکتریکی چیست؟
هر دو جز از اجزاء مدارهای الکتریکی، وظیفه ذخیره و تخلیه انرژی را دارند؛ با این تفاوت مهم که سلف‌ها به کمک میدان مغناطیسی، وظیفه خود یعنی ذخیره و تخلیه انرژی را انجام خواهند داد.
فرایند کنترل انرژی الکتریکی در مدار چگونه انجام خواهد شد؟
فرایند کنترل انرژی الکتریکی در مدار، به صورت خودکار یا دستی انجام خواهد شد تا مدار امکان پاسخگویی به نیاز‌های متفاوت محیطی و کاربردی را داشته باشد.
