مدار الکتریکی

مدار الکتریکی چیست؟

مدار الکتریکی مجموعه‌ای از عناصر و اجزای الکتریکی متصل به هم است که مسیری بسته برای جریان الکتریکی فراهم می‌کند. این مدارها شامل منابع تغذیه، بارها، رساناها، و عناصر کنترل هستند و می‌توانند برای انتقال، توزیع، و تبدیل انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی‌ها مانند نور، حرارت، یا حرکت استفاده شوند.

انواع مدار الکتریکی

مدار سری (Series Circuit)

تعریف:
در این نوع مدار، همه عناصر به صورت متوالی (یعنی پشت سر هم) به یکدیگر متصل می‌شوند.

ویژگی‌ها:
جریان الکتریکی در یک مسیر واحد حرکت می‌کند.
جریان عبوری از هر عنصر یکسان است.
ولتاژ کل مدار برابر با مجموع ولتاژهای هر عنصر است.
مقاومت کل مدار برابر با مجموع مقاومت‌های تک‌تک عناصر است.

کاربردها:
مدارهای روشنایی ساده، برخی ابزارهای آزمایشگاهی.

مدار موازی (Parallel Circuit)

تعریف:
در مدار موازی، عناصر به گونه‌ای متصل می‌شوند که چندین مسیر برای جریان الکتریکی وجود دارد.

ویژگی‌ها:
ولتاژ اعمال شده به هر شاخه از مدار یکسان است.
جریان کلی مدار برابر با مجموع جریان‌های هر شاخه است.
مقاومت معادل کل مدار کمتر از کوچک‌ترین مقاومت در شاخه‌های موازی است.

کاربردها:
سیستم‌های روشنایی خانگی، مدارهای قدرت صنعتی.

مدار مختلط (Combination Circuit)

تعریف:
ترکیبی از اتصالات سری و موازی در یک مدار.

ویژگی‌ها:
می‌تواند شامل بخش‌هایی با اتصالات سری و بخش‌هایی با اتصالات موازی باشد.
تحلیل مدار مختلط نیاز به استفاده از قوانین هر دو نوع مدار سری و موازی دارد.

کاربردها:
مدارهای پیچیده‌تر مانند مدارهای الکترونیکی و بردهای مدار چاپی.

مدار AC (Alternating Current)  و DC (Direct Current)

مدار DC  جریان مستقیم که در آن جریان الکتریکی در یک جهت ثابت حرکت می‌کند. منابع جریان مستقیم شامل باتری‌ها و سلول‌های خورشیدی هستند.

مدار AC جریان متناوب که در آن جریان الکتریکی به طور پیوسته جهت خود را تغییر می‌دهد. مولدهای برق خانگی و صنعتی از این نوع جریان استفاده می‌کنند.

مدار مجتمع IC (Integrated Circuit)

تعریف:
مدارهای بسیار پیچیده‌ای که در یک تراشه کوچک قرار دارند.

ویژگی‌ها:
شامل هزاران تا میلیون‌ها قطعه الکتریکی مانند ترانزیستورها، مقاومت‌ها و خازن‌ها.

کاربردها:
رایانه‌ها، تلفن‌های همراه، دستگاه‌های دیجیتال.

اتصال کوتاه (Short Circuit)

تعریف:
اتصال کوتاه وضعیتی است که در آن دو نقطه از مدار که نباید به هم متصل باشند، به طور غیرمستقیم یا تصادفی به یکدیگر متصل می‌شوند، معمولاً با مقاومت بسیار کم.

علت:
خرابی عایق‌ها، سیم‌های فرسوده، یا اشتباهات نصب.

نتایج:
افزایش ناگهانی جریان.
ایجاد حرارت بالا و خطر آتش‌سوزی.
خرابی و آسیب دیدن تجهیزات.

پیشگیری:
استفاده از فیوزها، مدارشکن‌ها، و عایق‌گذاری مناسب.

مدار باز (Open Circuit)

تعریف:
مدار باز وضعیتی است که در آن مسیر جریان الکتریکی قطع شده است، به طوری که هیچ جریانی نمی‌تواند از مدار عبور کند.

علت:
قطع سیم، خرابی یک عنصر الکتریکی، یا باز بودن یک کلید.

نتایج:
جریان الکتریکی متوقف می‌شود.
هیچ عملکردی در مدار اتفاق نمی‌افتد.

کاربرد:
به عنوان حالت ایمن در بسیاری از مدارها برای جلوگیری از حوادث و آسیب‌ها.
این مفاهیم پایه‌ای برای درک بهتر عملکرد و ساختار مدارهای الکتریکی و نحوه واکنش آن‌ها به شرایط مختلف هستند. هر نوع مدار و وضعیت خاصی که در آن قرار می‌گیرد، نیازمند تحلیل و تدابیر خاصی برای بهینه‌سازی عملکرد و ایمنی است.

برد بُرد (Breadboard) و PCB (Printed Circuit Board)

بستن مدار در برد بُرد و PCB  هر کدام روش‌ها و نکات خاص خود را دارند. در ادامه توضیح داده می‌شود که چگونه مدار را در هر کدام از این دو محیط ببندیم.

-بستن مدار در برد بُرد

برد بُرد یک ابزار آزمایشگاهی است که به شما امکان می‌دهد مدارهای الکتریکی را بدون لحیم‌کاری و به‌راحتی بسازید. مراحل زیر را دنبال کنید.

-مراحل بستن مدار در برد بُرد

1-شناخت بخش‌های برد بُرد

برد بُرد دارای دو نوع ردیف است:
ردیف‌های عمودی که به نام باس قدرت (power rails) معروفند و معمولاً برای اتصال منبع تغذیه استفاده می‌شوند.
ردیف‌های افقی (وسط برد) که برای اتصال المان‌های مختلف استفاده می‌شوند. هر ستون به یکدیگر متصل است.

2-قرار دادن قطعات

قطعات مدار مثل مقاومت، خازن، دیود و آی‌سی‌ها را در نقاط مختلف برد بُرد قرار دهید. پایه‌های قطعات را در ردیف‌های مختلف قرار دهید تا از اتصال ناخواسته جلوگیری شود.

3-اتصال منبع تغذیه

منبع تغذیه را به ردیف‌های عمودی وصل کنید (معمولاً قرمز برای مثبت و آبی برای منفی).

4-اتصال سیم‌ها

با استفاده از سیم‌های جامپر (jumper wires)، اتصالات بین قطعات مختلف را طبق نقشه مدار برقرار کنید.

5-بررسی اتصالات

مطمئن شوید که تمام قطعات به درستی وصل شده‌اند و هیچ اتصالی اشتباه یا مدار کوتاهی (short circuit) وجود ندارد.

6-تست مدار

مدار را با استفاده از منبع تغذیه یا باتری تست کنید و عملکرد آن را بررسی کنید.

بستن مدار در PCB (Printed Circuit Board)

 PCB یا برد مدار چاپی، نوعی برد است که در آن مسیرهای مسی برای اتصال قطعات به‌طور دائمی بر روی یک لایه نازک چاپ شده است. این بردها معمولاً برای ساخت مدارهای دائمی و حرفه‌ای استفاده می‌شوند.

مراحل بستن مدار در PCB

1-طراحی  PCB

ابتدا باید مدار خود را با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی PCB مانند Eagle،  Altium یا  KiCad  طراحی کنید. در این مرحله، مسیرهای مسی برای اتصال قطعات مختلف طراحی می‌شوند.

2-چاپ برد

عد از طراحی، فایل‌های طراحی شرکت‌های ساخت PCB ارسال می‌شوند تا برد ساخته شود. در صورت داشتن تجهیزات مناسب، می‌توانید خودتان PCB را بسازید.

3-نصب قطعات روی PCB

پس از دریافت PCB چاپ شده، قطعات مختلف را بر روی برد قرار دهید. جای قرارگیری هر قطعه معمولاً با نمادهای مشخص روی برد چاپ شده است.

4-لحیم‌کاری قطعات

پایه‌های قطعات را از سوراخ‌های PCB عبور داده و آنها را در قسمت زیرین لحیم کنید. دقت کنید که اتصالات به خوبی انجام شده و هیچ لحیم‌کاری ضعیف یا نادرستی وجود نداشته باشد.

5-بررسی اتصالات و تست مدار

پس از لحیم‌کاری، مدار را بررسی کنید که هیچ اتصالی کوتاهی وجود نداشته باشد و همه قطعات به درستی وصل شده باشند. سپس مدار را تست کنید.

چکیده

برد بُرد برای آزمایش سریع و تغییرات مکرر مناسب است، زیرا نیاز به لحیم‌کاری ندارد.
PCB  برای ساخت مدارهای نهایی و دائمی که نیاز به پایداری و دقت بالا دارند، استفاده می‌شود.