الدوائر الإلكترونية للمبتدئين | الأساسيات والمكونات الالكترونية

كيف سيُصبح مستقبل هندسة الإلكترونيات في السنوات القادمة؟ حسنًا ، يشهد قطاع الإلكترونيات تطورًا رهيبًا في السنوات الأخيرة سواءً من تقنيات جديدة أو أجهزة إلكترونية رائعة. ولهذا السبب يرغب الجميع سواءً كانوا طلابًا أو هواةً في فهم الإلكترونيات من بدايتها من أجل مُجاراة هذا التقدم في الأعوام القادمة.

 

تعرف على مكونات الدوائر الالكترونية ووظائفها

أن التعرف على مبادئ الإلكترونيات والقيام بإنشاء المشاريع الإلكترونية الخاصة يُعتبر أسهل بكثير مما تعتقده أنت في ذهنك. في هذه المقالة سنقدم لك نظرة عامة ومُوجزة عن المكونات الإلكترونية الشائعة في الاستخدام وسنقوم بتوضيح ما هي وظائف كل قطعة إلكترونية. 

ثم بعد ذلك ، سنلقي نظرة على المخططات الإلكترونية وكيفية استخدامها في تصميم وبناء الدوائر الإلكترونية. في نهاية الموضوع ، بعد أن أخذت فكرة عن الدوائر الإلكترونية ومكوناتها الأساسية ستقوم باستخدام هذه المعلومات من أجل إنشاء أول دائرة إلكترونية أساسية خاصة بك.

إنشاء ورشة عمل الكترونية

في البداية ، عليك التأكد من إعداد طاولة العمل الإلكترونية الخاصة بك بشكل صحيح. ليس من الضروري أن تكون طاولة العمل أو المنطقة التي ستعمل بها مذهلة بشكل كبير ، ولكن وجود طاولة بسيطة ومرتبة للتجارب الإلكترونية سيكون شيئًا مناسبًا للغاية. 

صندوق حفظ القطع الإلكترونية

أن هذه المكونات الإلكترونية من الممكن أن تكون صغيرة ويصعب عليك العثور عليها إذا تساقطت من طاولة العمل الخاصة بك ، لذلك من الجيد إبقاء كل شيء منظمًا. أن استخدام صناديق تخزين بلاستيكية شفافة لحفظ القطع الإلكترونية هو الخيار الأمثل والأكثر شيوعًا لدى جميع المهندسين والطلاب. 

بالإضافة إلى ذلك ، إذا كُنت ترغب في نقل هذه القطع الإلكترونية بعيدًا عن طاولة العمل فأن القيام باستخدام صناديق تخزين بلاستيكية سيمكنك من وضعها في أي مكان آخر تريده. 

الادوات الالكترونية

 

بعد أن قمت بإعداد مساحة العمل الخاصة بك بشكل جيد ومنظم ، الآن فقد حان الوقت للقيام بتزويدها بالأدوات والمعدات المناسبة لعملك. على أي حال ، أن هذه القائمة التالية ربما قد تكون ليست كاملة ولكنها تسلط الضوء على العناصر الأكثر شيوعًا واستخدامًا في المشاريع الإلكترونية. 

لوحة تجارب الدوائر الإلكترونية (Breadbord)

 

أن ألواح التجارب الإلكترونية "Breadbord" تُعتبر أداة أساسية من أجل القيام بعمل النماذج الأولية وبناء الدوائر المؤقتة. أن هذه الألواح تحتوي على فتحات صغيرة من أجل أن تقوم بإدخال الأسلاك والقطع الإلكترونية. 

بسبب طبيعتها المؤقتة ، فهي تسمح لك بإنشاء دوائر بدون الحاجة إلى تلحيمها. بالإضافة إلى ذلك ، فأن الفتحات الموجودة في لوح التجارب متصلة في صفوف أفقية ورأسية كما هو موضح في الصورة التي في الأعلى. 

جهاز رقمي متعدد القياسات (Digital Multimeter)

يتم استخدام جهاز الـ Digital Multimeter من أجل قياس التيار الكهربائي (بوحدة الأمبير) والجهد (بوحدة الفولت) والمقاومة (بوحدة الأوم). يُعد هذا الجهاز مهمًا ورائعًا للدوائر الإلكترونية بحيث سيمكنك من إستكشاف الأخطاء حتى تقوم بإصلاحها. أضف إلى ذلك ، أن هذا الجهاز قادر على قياس جهد التيار المتردد والتيار المستمر. 

إقرأ أيضًا:

• ماهي الحساسات؟ وماهي أهميتها واستخداماتها 

حامل البطارية (Battery Holder)

حامل البطارية عبارة عن علبة بلاستيكية تحتوي على بطاريات من 9 فولت مثل الذي في الصورة أو أي قيمة أخرى. يتم تضمين بعض الحوامل وقد تحتوي على مفتاح تشغيل أو إيقاف مدمج فيها.

 مشبك التمساح  (Alligator Clip) 

أن هذه المشابك تُعد مهمة ومفيدة بنفس الوقت من أجل القيام بتوصيل المكونات الإلكترونية مع بعضها البعض ، وبالتالي هذا سيمكنك من إختبار الدائرة الالكترونية من دون الحاجة إلى لحام هذه المكونات.

قواطع الأسلاك "Wire Cutters"

أيضًا ، من ضمن الأدوات التي ستحتاجها في عمل المشاريع الإلكترونية هو قاطع الأسلاك "Wire Cutter". أن وجود قواطع الأسلاك يُعد شيئًا ضروريًا لك من أجل أن تقوم بتجريد الأسلاك النحاسية المجدولة والصلبة. 

مجموعة مفكات دقيقة

تُعرف مفكات البراغي الدقيقة أيضًا باسم مفكات الصائغ وعادة ما تأتي كلها كمجموعة. تتميز هذه المفكات على المفكات العادية بحيث أن هذه المفكات الدقيقة تُعتبر مفيدة للغاية عند القيام بإنشاء عمل مع الإلكترونيات التي بدورها تحتوي على براغي صغيرة. 

مسدس حرارة "Heat Gun"

يتم استخدام المسدس الحراري من أجل تقليص الأنابيب البلاستيكية المعروفة كذلك باسم الانكماش الحراري التي تقوم بالمساعدة في حماية الأسلاك المكشوفة. أن الانكماش الحراري يُطلق على اسم الشريط اللاصق للإلكترونيات بحيث أنه يُعتبر شيئًا مفيدًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات. 

إقرأ أيضًا:

• كتاب لتعلم صيانة وإصلاح الأجهزة الالكترونية

أسلاك التوصيل

حسنًا ، هذه الأسلاك الرائعة يتم استخدامها مع ألواح التجارب ولوحات التطوير وهي عمومًا 22-28 AWG سلك صلب. أن هذه "Jumber Wires" يمكن أن تحتوي على نهايات ذكورية أو أنثوية ، بحيث أن هذه النهايات تعتمد على كيفية استخدامها. 

كاوية لحام الكترونيات (Soldering Iron)

عندما تريد أن تقوم بإنشاء دائرة إلكترونية أو كهربائية ذات عناصر متصلة بشكل دائم ، فأنت تحتاج إلى تلحيم هذه الأجزاء الإلكترونية مع بعضها البعض. ومن أجل القيام بذلك ، فأنت بحاجة إلى مكواة للحام. على العموم ، أن مكواة اللحام هذه ستقوم بتلحيم هذه القطع الإلكترونية بشكل صحيح وجيد إذا كان لديك لحام يلائمها. 

تستطيع أن تختار اللحام المحتوي على الرصاص أو الخالي من الرصاص بأقطار قليلة.

المكونات الالكترونية

حان الوقت الآن من أجل التحدث عن القطع الإلكترونية المختلفة التي ستقوم باستخدامها لإنشاء المشاريع الخاصة بك. يوجد أدناه تحليل سريع للمكونات والوظائف الأكثر شيوعًا في الاستخدام.

مفتاح كهربائي (Switch)

أن هذه المفاتيح الكهربائية يمكن لها أن تأتي في أشكال عديدة ومختلفة مثل زر الضغط ، والضغط ، واللحظية وغيرها. أن الوظيفة الأساسية للـ Switch تتمثل في قطع أو السماح للتيار الكهربائي بالمرور وهذا يتم عن طريق تشغيل الدائرة أو إيقاف تشغيلها.

 المقاومة (Resistor)

 يتم استخدام المقاومات "Resistors" من أجل مقاومة تدفق التيار الكهربائي ، أو من أجل التحكم في الجهد في الدائرة الكهربائية والإلكترونية. يتم قياس مقدار المقاومة التي يقوم Resistor بتقديمها بوحدة الأوم.

أن معظم المقاومات تحتوي على خطوط ملونة من الخارج ، عن طريق هذه الخطوط يمكنك معرفة قيمة المقاومة هل هي مثلًا 220K أوم أو غير هذه القيمة. بإمكانك أيضًا أن تستخدم جهاز Digital Multimeter الذي تحدثنا عنه في أعلى المقالة ، أو حاسبة رمز لون المقاوم Digikey حتى تحدد قيمة المقاومة. 

المقاومة المتغيرة (مقياس الجهد) 

يُعرف المقاوم المتغير "Potentiometer" أيضًا باسم مقياس الجهد. أن هذه القطعة الإلكترونية بإمكانك العثور عليها في الأجهزة باهتة الضوء أو أجهزة التحكم في مستوى الصوت لجهاز الراديو. عندما تدير عمود مقياس الجهد سوف تتغير قيمة المقاومة في الدائرة.

مقاومة ضوئية (LDR)

"LDR" المقاوم المعتمد على الضوء هو بنفس الوقت يُعتبر مقاوم متغير ولكن يتم التحكم في مقاومته عن طريق الضوء الساقط عليه بدلًا من المقبض. 

أن مقاومة LDR تتغير مع شدة أو خفوت الضوء الساقط عليها ، فإذا كان الضوء الساقط على المقاومة شديد فإن هذه المقاومة تقل بشكل كبير بحيث تصل إلى مئات من الأوم ، وإذا كان الضوء الساقط على LDR قليل ، فأن قيمة المقاومة ستكون كبيرة بحيث تصل إلى أكبر من 1 ميجا أوم في الظلام. 

غالبًا ما يتم استخدام مقاومة LDR في مشاريع الإضاءة الخارجية (مثل Automatic Streets) الشوارع الأوتوماتيكية التي تُضاء تلقائيًا عند غروب الشمس وتنطفئ عند شروقها. 

إقرأ أيضًا: 

• ماهو الليزر؟ وماهي تطبيقاته الحديثة

المكثف (Capacitor)

بالحديث عن المكثفات ، فإن الوظيفة الأساسية لها هي القيام بتخزين الكهرباء ثم تفريغها مرة أخرى في الدائرة عندما يكون هُناك انخفاض في الجهد. أن هذه المكثفات تشبه إلى حد كبير البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يمكن شحنها ثم تفريغها. يتم قياس قيمة المكثف بوحدة (Farad). 

الصمام الثنائي دايود (Diode) 

يسمح الصمام الثنائي Diode للكهرباء بالتدفق في اتجاه واحد فقط ويمنعها من التدفق في الاتجاه المعاكس. أن الدور الأساسي للديود يتمثل في توجيه الكهرباء من اتخاذ مسار غير مرغوب فيه داخل الدائرة الإلكترونية. 

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) أو الدايود الضوئي

أن Light Emitting Diode يشبه الصمام الثنائي القياسي "Diode" في حقيقة أنه يسمح للتيار الكهربائي بالتدفق فقط في اتجاه واحد. ولكن الاختلاف الرئيسي بينهما هو أن LED سوف يقوم ببعث الضوء عندما تتدفق الكهرباء من خلاله. يوجد داخل المصباح أنود وكاثود. أن التيار الكهربائي يتدفق دائمًا من الأنود (+) أي الجزء الموجب للدايود إلى الكاثود (-) أي الجزء السالب للدايود وليس في الاتجاه المعاكس أبدًا. 

حتى تُميز بين أطراف الدايود ، فأن الجزء الأطول من LED هو عبارة عن الجانب الموجب (الأنود). 

الترانزيستور (Transistor)

أن قطع الترانزستورس تُعتبر مفاتيح صغيرة تعمل على تشغيل أو إيقاف التيار عند القيام بتشغيلها بواسطة إشارة كهربائية. بالإضافة إلى كون Transistor يُعد مفتاحًا ، يمكن أيضًا استخدامه من أجل تضخيم الإشارات الإلكترونية. على أي حال ، فأن الترانزستور يشبه إلى حد كبير Relay ولكن بدون أجزاء متحركة.

Relay

هو عبارة عن مفتاح يعمل بالكهرباء يفتح أو يغلق عند توصيل الطاقة به. في داخل Relay يوجد مغناطيس كهربائي يتحكم في مفتاح ميكانيكي. 

 الدائرة المتكاملة (IC)

بالحديث عن Integraded Circuit ، هي عبارة عن دائرة تم تقليل حجمها من أجل أن تتناسب داخل شريحة صغيرة. تحتوي دائرة IC في داخلها على مكونات إلكترونية مثل المقاومات والمكثفات ولكن على نطاق أصغر بكثير. 

تتوفر هذه الدوائر المتكاملة (ICs) بأشكال مختلفة مثل 555 مؤقتًا ومنظمين للجهد (Voltage Regulator) و Microcontrollers وغيرها الكثير. بالحديث عن وظائف IC فأن كل دبوس "Pin" موجود في IC يقوم بإداء وظيفة مختلفة عن الآخر.

صنع دوائر الكترونية عملية

قبل أن تقوم بعمل تصميم لمشروع إلكتروني ، تحتاج إلى معرفة أولًا : ما هي الدائرة الالكترونية؟ ثانيًا كيف تستطيع أن تقوم بإنشاء دائرة إلكترونية واحدة بشكل صحيح؟

ماهي الدائرة الإلكترونية؟

بشكل مُختصر ، الدائرة الإلكترونية عبارة عن مسار دائري للموصلات يمكن من خلالها أن يتدفق التيار الكهربائي. 

بالحديث عن الدائرة المغلقة (Closed Circuit) ، فإنها تشبه الدائرة لأنها تبدأ وتنتهي عند نفس النقطة وتشكل حلقة كاملة. علاوة على ذلك ، تسمح الدائرة المغلقة للكهرباء بالتدفق من قطب الطاقة الموجب (+) إلى قطب الطاقة السالب (-) دون انقطاع.

إقرأ أيضًا:

• أفضل 10 تطبيقات دوائر الكترونية 2021

على الجانب المقابل ، إذا كان هُناك أي انقطاع في تدفق الكهرباء ، فإن هذه الدائرة تُعرف باسم الدائرة المفتوحة (Open Circuit). كما هو موضح أدناه ، يمكن أن يتحكم المفتاح الكهربائي في الدائرة في أن تكون هذه الدائرة مفتوحة أو مغلقة حسب موضعه.

يجب أن تحتوي جميع الدوائر الإلكترونية على ثلاثة عناصر أساسية ، وهذه العناصر هي:

1.  مصدر جهد (Voltage Source)
2. مسار موصل (Conductive Path)
3. حمل (Load)

ستحتاج إلى مصدر جهد ، مثل البطارية ، من أجل تدفق التيار الكهربائي داخل الدائرة حتى تُشغل العناصر الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون هُناك مسار موصل Conductive Path من أجل أن يوفر مسارًا لتدفق التيار الكهربائي. 

أخيرًا ، تحتاج الدائرة المناسبة إلى حمل "Load" من أجل أن يستهلك الطاقة الكهربائية المارة في الدائرة.

أن Load في صورة الدائرة التي في الأعلى هو المصباح الكهربائي. 

رسم تخطيطى (Schematic Diagram)

أثناء عملك مع الدوائر الإلكترونية ، ستجد غالبًا شيئًا يسمى الرسم التخطيطي. أن هذه الرسوم البيانية تستخدم رموزًا لتوضيح المكونات الإلكترونية المستخدمة ومكان وضعها في الدائرة الإلكترونية. أن هذه الرموز عبارة عن تمثيلات بيانية للمكونات الإلكترونية الفعلية.

يوجد أدناه مثال على مخطط يصور دائرة LED يتم التحكم فيها بواسطة مفتاح.

أن هذا المخطط يحتوي على رموز لمصباح LED ومقاوم وبطارية ومفتاح. باتباعك هذا الرسم التخطيطي سوف تستطيع معرفة المكونات التي يجب استخدامها ومكان وضعها. هذه المخططات مفيدة للغاية للمبتدئين عند تعلم الدوائر لأول مرة. 

إقرأ أيضًا:

• تعرف على كتاب Make Electronics 

العناصر الالكترونية ورموزها

يتوفر الكثير من أنواع الرموز الإلكترونية بحيث أنها تختلف قليلاً عن بعضها البعض بين الدول. فيما يلي ، سنقوم بإرفاق لك صورة لبعض هذه الرموز الإلكترونية الأكثر شيوعًا واستخدامًا في الولايات المتحدة. 

كيفية حساب المقاومة الكهربائية

كما يعلم الجميع أنه يتم استخدام المقاومات "Resistors" بشكل شائع وكبير في مشاريع الإلكترونيات ومن المهم معرفة الحجم الذي يجب استخدامه.

من أجل العثور على قيمة المقاوم ، سوف تحتاج أولًا إلى معرفة الجهد "Voltage" والأمبير"Ampere" لمصباح LED والبطارية. يحتاج مصباح LED القياسي عمومًا إلى Voltage تبلغ حوالي 2 فولت وتيار 20 مللي أمبير من أجل أن يشتغل بشكل صحيح. ثم بعد هذا ، ستحتاج إلى معرفة الجهد الكهربائي للبطارية. 

إقرأ أيضًا:

• أهم 8 كتب تتحدث عن الأردوينو للمبتدئين

في هذا المثال ، سنقوم باستخدام بطارية قوتها 9 فولت. من أجل تحديد حجم المقاومة ، نحتاج إلى استخدام صيغة رياضية "Formula" تُعرف باسم قانون أوم كما هو موضح في الصورة أدناه.

قانون أوم هو:

المقاومة (R) = الجهد (V) / التيار (I) 

بحيث أن:

• المقاومة يتم قياسها بالأوم (Ω)
• يتم قياس الجهد بالفولت (V)
• يقاس التيار بالأمبير (A)

باستخدام قانون أوم ، تحتاج إلى طرح جهد LED من جهد البطارية. هذا سيعطيك جهد مقدارة (7 فولت) والذي يجب أن تقسمه على (0.02 أمبير) من مصباح LED. من خلال إجراء هذه العملية سيكون قيمة المقاومة التي نحتاج إليها هي (350 أوم). 

ملاحظة مهمة : عند ذهابك لشراء المقاومة ، يجب عليك أن تعرف أن المقاومات القياسية لا تأتي في قيمة (350 Ω) ولكنها متوفرة في (330 Ω) ، بمعنى آخر قم بشراء المقاومة ذات القيمة المقاربة للناتج الذي حسبته من خلال الدائرة وستعمل بشكل جيد. 

دائرة مشروع الكترونيات بسيط

حان الوقت الآن للجمع بين كل ما تعلمته في بداية شرحنا للمقالة من أجل أن تقوم بإنشاء أول مشروع لك من دائرة أساسية. أن هذا المشروع يُعد بداية مثالية للمبتدئين في عالم الإلكترونيات سواءً كانوا طلاب أو هواة. سنقوم باستخدام أسلاك الاختبار لإنشاء دائرة إلكترونية بشكل مؤقت بدون الحاجة إلى تلحيم القطع الإلكترونية مع بعضها البعض. 

القطع الالكترونية المطلوبة:

• بطارية 9 فولت (9V Battery)

• موصل البطارية الإضافي (Battery Snap-on Connector)

• اختبار يؤدي مع مقاطع التمساح ( Test Leads w/ Alligator Clips)

• مقاومة قيمتها 330 أوم  

• LED - أحمر أساسي 5 ملم (LED – Basic Red (5mm.

حتى تقوم بتوصيل هذه العناصر الإلكترونية مع بعضها البعض فأنت تحتاج إلى Schematic Diagram. من خلال مخطط الدائرة الإلكترونية سنقوم بتوصيل طرف Resistor الأول مع طرف سالب الدايود "Cathode" وسنقوم بتوصيل الطرف الموجب للدايود "Anode" مع الطرف الموجب للبطارية. آخرًا ، سنقوم بتوصيل الطرف السالب للبطارية مع الطرف الثاني للمقاومة "Resistor".

الصورة التي في الأسفل توضح لك كيفية القيام بربط هذه المكونات الإلكترونية من دون الحاجة إلى لوحة التجارب "Breadbord" أي بطريقة أقرب قليلًا إلى الربط العملي.

ملاحظة هامة: لاتقم أبدًا بتوصيل مصباح LED مباشرة ببطارية 9 فولت بدون وجود مقاومة في الدائرة ، بحيث أن القيام بتوصيل LED بدون وجود مقاومة يؤدي إلى إتلاف(حرق) LED نتيجة لشدة التيار المار فيها. ولكن يمكنك أن تقوم بتوصيل مصباح LED ببطارية 3 فولت أو بطارية أصغر بدون الحاجة إلى وجود مقاومة وهذا لأنها ستولد تيار ضعيف نسبيًا. 

كيفية استخدام لوحة تجارب الدوائر الإلكترونية (Breadbord)

تتوفر هُناك أيضًا طريقة أخرى من أجل القيام بإنشاء دائرة إلكترونية واختبارها وهي بناؤها (تنفيذها) على لوح التجارب "Breadbord". أن هذه الألواح تُعد ضرورية من أجل اختبار نماذج الدوائر الإلكترونية التي ترغب في تنفيذها وهذا لكونك لن تحتاج إلى لحام لربط العناصر مع بعضها البعض. 

يتم إدخال المكونات والأسلاك في الثقوب "holes" الموجودة في "Breadbord" حتى تقوم بإنشاء دائرة إلكترونية مؤقته. ونتيجة لأن عملية الربط بين العناصر الإلكترونية ليست بشكل الدائم ، يمكنك التجربة وإجراء التغييرات حتى الوصول إلى النتيجة التي ترغب في الحصول عليها. في أسفل فتحات كل صف في "Breadbord" توجد هُناك مقاطع معدنية تربط هذه الفتحات مع بعضها البعض. 

أن الصفوف الوسطى التي توجد في لوحة التجارب هذه تعمل بشكل عمودي كما هو موضح بينما الأعمدة (الصفوف) الخارجية متصلة بشكل أفقي.

أن هذه الأعمدة الخارجية تسمى بالقضبان الكهربائية بحيث من خلالها يتم استقبال الطاقة للعناصر الموجودة على لوحة التجارب. أي بمعنى إذا كانت لديك بطارية لها سلكين (أحمر وأسود) ستقوم بتوصيلهم إلى تلك الصفوف الخارجية بحيث كل سلك يُوضع على فتحة أفقية على الفتحة الأخرى.

على أي حال ، ستحتاج لوحة التجارب هذه إلى تزويدها بالطاقة من أجل تشغيل عناصر الدائرة ويمكن القيام بذلك بعدة طرق. تتمثل إحدى أسهل الطرق في توصيل الأسلاك من حامل البطارية بقضبان الطاقة. سيؤدي هذا إلى إمداد الجهد للسكة التي تم توصيلها بها فقط. 

حتى تقوم بتشغيل كلا القضبان ، ستحتاج إلى استخدام سلك توصيل من (+) و (-) إلى السكة على الجانب الآخر.

على العموم ، كانت هذه بعض الأساسيات والمكونات الالكترونية التي يجب على المبتدئين والهواة في عالم الإلكترونيات معرفتها. من خلال هذا المقال تمكنا من إعطائك فكرة سريعة عن القطع الإلكترونية ووظائفها الرئيسية. ومع ذلك ، هُناك أيضًا العديد من الدوائر الكترونية مفيدة وسهلة سنقوم بشرحها في المقالات القادمة بإذن الله تعالى.