آموزش مقدمات الکترونیک مورد نیاز برای تعمیر و عیب یابی مدارهای الکتریکی

امروزه تقریبا نمی توان دستگاهی را پیداکرد که در آن برد و مدارات الکتریکی وجود نداشته باشد. در دنیای مهندسی پزشکی، تجهیزات پزشکی دارای بردهای پیچیده الکتریکی می باشند که یک مهندس پزشک باید این توانایی را داشته باشد که بتوانند آن ها را تعمیر کند. در این مطلب شما را با مقدمات الکترونیک مورد نیاز برای تعمیر بردهای الکتریکی تست قطعات الکترونیکی آشنا می کنیم.



فصل اول: آموزش مقدمات الکترونیک مورد نیاز برای تعمیر و عیب یابی مدارهای الکتریکی

نارسانا ها (عایق ها)

پلاستیک و موادی مانند آن که اجازه نمی دهند بار الکتریکی در آنها حرکت کند را عایق یا نارسانا می نامند. به الکتریسیته ای که حرکت نداشته باشد ، الکتریسیته ساکن می گویند.

رسانا ها

رساناها (مانند فلزات) موادی هستند که بار الکتریکی می تواند به طور آزادانه در آنها حرکت کند.

ذخیره کردن بار الکتریکی

خازن ها ، اجزایی الکترونیکی هستند که برای ذخیره بار الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین از خازن برای جدا کردن جریان متناوب (AC) از جریان مستقیم (DC) نیز استفاده می شود.

جریان الکتریکی در سیم ها

در یک سیم مسی چندین میلیون الکترون وجود دارد. اگر دو سر آن را به دو قطب مثبت و منفی یک باتری وصل کنیم ، تعدادی از الکترون ها به طرف قطب مثبت سیم حرکت می کنند. این حرکت الکترون ها موجب ایجاد جریان الکتریکی می شود.

کولن و آمپر

کولن یکای اندازه گیری بار و آمپر یکای اندازه گیری جریان الکتریکی است. بار الکتریکی بر حسب کولن اندازه گیری می شود.

پیل ها و ولتاژها

پیل ها دو ترمینال (قطب) دارند که ترمینال مثبت (+) و ترمینال منفی (-) نامیده می شوند.

فعالیت شیمیایی داخل پیل ها موجب می شود که در ترمینال مثبت تجمعی از بارهای مثبت و در ترمینال منفی تجمعی از بارهای منفی وجود داشته باشد.

اختلاف میان انرژی دو سر ترمینال ها را اختلاف پتانسیل (p.d) می نامند.

نیروی محرکه الکتریکی

وقتی که بار الکتریکی از میان باتری می گذرد ، باتری انرژی می گیرد و در مدار خارج از باتری مصرف می شود.

انرژی تأمین شده برای هر کولن بار الکتریکی را نیروی محرکه الکتریکی (e.m.f) باتری می نامند. نیروی محرکه الکتریکی را بر حسب ولت (V) اندازه می گیرند.

باتری ها

یک باتری از به هم بستن چند پیل به یکدیگر تشکیل می شود.

مدارهای الکتریکی

به کمک یک منبع تغذیه کم ولتاژ و دو قطعه سیم ، لامپی را روشن کنید. این اتصال منبع به لامپ ، یک مسیر بسته رسانا ایجاد می کند که الکتریسیته می تواند در ‎آن مسیر جاری شود. این اتصال را مدار الکتریکی می نامند.

روشن شدن دو لامپ به طور همزمان

وقتی لامپ ها پشت سرهم و در یک خط به هم وصل شده باشند ، اتصال لامپ ها سری است. بنابراین جریان الکتریکی ابتدا از یکی از لامپ ها عبور کرده و سپس از لامپ دوم می گذرد.

حال لامپ ها را به طور موازی به هم وصل می کنیم ، بطوری که هر لامپ به طور مستقیم به باتری وصل است. در اتصال موازی ، هر دو لامپ به صورت پر نور روشن می شوند و اگر یکی از لامپ ها برداشته شود ، لامپ دیگر خاموش نمی شود.

سیگنال های AC و DC

AC به معنی جریان متناوب و DC به معنی جریان مستقیم می باشد. این دو مؤلفه گاهی به سیگنال های الکتریکی (مثلاً ولتاژ) هم که جریان نیستند ، اطلاق می شود. بنابراین سیگنال های الکتریکی ، جریان یا ولتاژی هستند که منتقل کننده اطلاعات (معمولاً ولتاژ) هستند.

جریان متناوب AC

سیگنال های متناوب در یک مسیر منتشر می شوند و سپس تغییر مسیر می دهند و این عمل دائماً تکرار می شود. یعنی ابتدا یک سیکل مثبت و بعد یک سیکل منفی و به همین ترتیب تکرار می شوند.

یک ولتاژ متناوب دائماً بین مثبت و منفی تغییر می کند و بصورت موجی تکرار می شود.

به هر تغییرات بین مثبت و منفی ، یک سیکل گفته می شود و واحد آن هرتز می باشد. در ایران وسایل الکتریکی با فرکانس ۵۰ هرتز کار می کنند.





شکل بالا شکل موج یک منبع تغذیه متناوب است که به آن موج سینوسی اطلاق می شود و به شکل پایین ، از آنجا که مستقیماً بین مثبت و منفی تغییر می کند ، شکل موج مثلثی اطلاق می شود.

سیگنال های متناوب برای راه اندازی وسایلی از قبیل لامپ ها و گرم کننده ها بکار می روند ولی اکثر مدارهای الکتریکی برای کار نیاز به یک ولتاژ مستقیم دارند.


جریان مستقیم DC

جریان مستقیم همیشه در یک مسیر جاری می شود (همیشه مثبت و یا همیشه منفی) ولی ممکن است میزان آن کاهش یا افزایش پیدا کند.

باتری ها و رگولاتورها ولتاژ مستقیم می دهند و این ولتاژ برای مدارهای الکترونیکی مناسب است. اکثر منابع تغذیه شامل یک تبدیل کننده ترانسفورماتوری هستند که جریان اصلی غیر مستقیم را به یک جریان غیر مستقیم کم و بی خطر تبدیل می کنند.

سپس این جریان کم و بی خطر توسط مدارات یکسو کننده جریان از غیر مستقیم به مستقیم تبدیل می شود. البته این ولتاژ مستقیم یک ولتاژ متغییر می باشد و برای مدارهای الکترونیکی مناسب نیست و لذا برای صاف کردن سطح ولتاژ مستقیم ، از یک خازن استفاده می شود تا ولتاژ مستقیم برای مدارات الکترونیکی حساس قابل استفاده شود.







در شکل بالا ، شکل موج یک ولتاژ مستقیم ثابت و یکنواخت که از طریق باتری تأمین می شود ، نشان داده شده است.

شکل وسط ، یک ولتاژ مستقیم با صاف کننده سطح ولتاژ (خازن) است که برای بعضی از مدارهای الکترونیکی مناسب می باشد و شکل پایین ، یک ولتاژ مستقیم بدون استفاده از خازن را نشان می دهد.

مشخصات سیگنال های الکتریکی

همانطور که بیان شد ، سیگنال های الکتریکی ولتاژ یا جریانی هستند که انتقال دهنده اطلاعات که معمولاً ولتاژ است ، می باشند.

در نمودار زیر مشخصات مختلفی از سیگنال الکتریکی نشان داده شده است. یکی از این مشخصات فرکانس است که به تعداد سیکل ها در ثانیه اطلاق می شود.



Amplitude ماکزیمم ولتاژی است که سیگنال دارد و Peak voltage نام دیگری برای Amplitude است.

پیک تو پیک (Peak-peak voltage) دو برابر مقدار پیک ولتاژ می باشد.

دوره تناوب (Time period) زمانی است که برای طی شدن یک سیکل کامل نیاز است. این زمان بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود و در زمان های خیلی کوتاه از واحد های میکروثانیه هم استفاده می شود.

فرکانس (Frequency) به تعداد سیکل ها در هر ثانیه اطلاق می شود و واحد آن هرتز است. در اندازه گیری فرکانس های بالا از واحد های کیلوهرتز و مگاهرتز نیز استفاده می شود.

در ایران فرکانس شبکه برق ۵۰ هرتز است. بنابراین دوره تناوب برابر است با ۲۰ میکروثانیه.

۱/۵۰ = ۰٫۰۲s = 20ms

هر کیلوهرتز برابر با هزارهرتز و هر مگاهرتز برابر را یک میلیون هرتز است.

۱kHz = 1000Hz و ۱MHz = 1000000Hz

ارزش و مقدار RMS (ولتاژ مؤثر)



در ولتاژ غیر مستقیم ، ولتاژ از صفر شروع و به پیک مثبت می رسد و دوباره به صفر رسیده و سپس به پیک منفی می رسد و در بیشتر اوقات ، ولتاژ از مقدار پیک ولتاژ کمتر است. لذا از یک مقدار مؤثر استفاده می کنیم که همان RMS است. مقدار ولتاژ RMS برابر است با ۰٫۷ ولتاژ پیک

VRMS = 0.7 × Vpeak و Vpeak = 1.4 × VRMS

ارزش یا معیار RMS یک ارزش مؤثر ولتاژ یا جریان متغییر می باشد. بدین معنی که تأثیر اصلی این ولتاژ در مدار معادل آن مقدار است. بعنوان مثال یک لامپ که به ولتاژ ۶ ولت RMS متصل شده است ، همان مقدار روشنایی را دارد که اگر به یک ولتاژ ۶ ولت مستقیم متصل می شد. به هر حال نور لامپی که با ولتاژ ۶ ولت متناوب روشن شود ، کمتر است از نور لامپی که با ۶ ولت مستقیم روشن شود. چون ولتاژ مؤثر ۶ ولت غیر مستقیم برابر است با ۴٫۲ ولت. یعنی برابر با ۴٫۲ ولت مستقیم نور می دهد.

بحث ولتاژ مؤثر این فکر را بوجود می آورد که مقدار RMS نوع دیگری از میانگین است ولی بخاطر داشته باشید که این مقدار قطعاً میانگین نیست. در واقع ولتاژ یا جریان میانگین غیر مستقیم ، صفر خواهد بود. چون بخش های مثبت و منفی سیگنال ، همدیگر را خنثی می کنند و وقتی میانگین می گیریم ، میانگین برابر با صفر خواهد بود. بنابراین ولتاژ RMS قطعاً یک ولتاژ میانگین نیست.

ولت مترهای AC مقدار مؤثر ولتاژ یا جریان را نشان می دهند. در ولتاژهای مستقیم هم مقدار مؤثر DC نشان داده می شود.

سؤالی که مطرح می شود ، این است که بطور مثال ۶ ولت مستقیم دقیقاً چه معنایی دارد؟ مقدار مؤثر یا مقدار پیک ولتاژ؟

در این موارد اگر منظور پیک ولتاژ باشد ، معمولاً قید می شود و در غیر این صورت ، منظور مقدار مؤثر خواهد بود. برای مثال وقتی می گوییم ۶ ولت AC ، به معنی ۶ ولت مؤثر است که پیک ولتاژ آن ۸/۶ ولت می باشد.

در ایران ولتاژ ۲۲۰ ولت برای مصارف عمده الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد ، این به معنی ۲۲۰ ولت مؤثر بوده و پیک آن حدود ۳۲۰ ولت است.


منبع:انجمن مهندسی پزشکی