قانون اهم

قانون اهم

در این آموزش، با یک مفهوم اساسی در طراحی مدار به نام قانون اهم آشنا می‌شویم و از آن استفاده می‌کنیم تا مطمئن شویم که می‌توانیم با خیال راحت LED را روشن کنیم.

برای اینکار میتوانید از یکی از شبیه سازهای پروتئوس یا فریتزینگ و … استفاده کنید در صورت عدم دسترسی به شبیه سازها به پایین این مقاله بروید.

در تمام مدارها، الکتریسیته از سمت مثبت (+) منبع انرژی شما (مانند باتری) به سمت منفی (-) جریان می یابد.

نام جریان الکتریسیته جریان است. هنگامی که جریان از اجزایی مانند یک LED یا یک مقاومت عبور می کند، یک تغییر مرتبط در انرژی پتانسیل در سراسر قطعه وجود دارد که به عنوان ولتاژ شناخته می شود. مقدار “افت” ولتاژ در یک قطعه بستگی به مقاومت آن دارد، یا اینکه چقدر جریان جریان را محدود می کند. این می تواند برای اطمینان از سرخ نشدن اجزای شما بسیار مهم باشد زیرا آنها قادر به پشتیبانی از جریان خروجی از باتری شما نیستند، همانطور که به زودی در مورد قطعاتی مانند LED خواهیم دید. این سه مفهوم (جریان، ولتاژ و مقاومت) همگی از طریق قانونی به نام قانون اهم با یکدیگر مرتبط هستند که در آن ولتاژ برابر با حاصلضرب جریان و مقاومت است:   ولتاژ (V) = جریان (I) * مقاومت (R) یا V = IR

درتصویر بالا، یک مدار ساده مشاهده میکنید که یک LED را مستقیماً به یک باتری 9 ولتی متصل می کند میتوانیم قدم به قدم آن را در شبیه ساز رسم کنیم. اگر مدار را تغذیه کنیم، انتظار داریم که جریان از سمت مثبت باتری، از طریق LED و سپس به سمت منفی باتری جریان یابد. شبیه ساز را روشن کنید تا ببینید برای LED ما چه اتفاقی خواهد افتاد. ماوس را روی LED نگه دارید تا پیامی در مورد میزان جریان عبوری از LED نشان دهید. به نظر می رسد جریان زیادی از LED با طراحی فعلی جریان دارد – این می تواند واقعاً به LED شما آسیب برساند! بیایید ببینیم چگونه می توانیم در مرحله بعدی از این اتفاق جلوگیری کنیم.

در مرحله قبل دیدید که چگونه جریان بیش از حد از LED عبور می کند. بیایید قانون اهم را به یاد بیاوریم که در آن ولتاژ برابر است با جریان ضرب در مقاومت. V = IR LED ها دارای حداکثر میزان جریان نامی یا حداکثر جریانی هستند که می توانند با خیال راحت از عهده آن برآیند. در این مورد، اجازه دهید حداکثر جریان 20 میلی آمپر را در نظر بگیریم، یک امتیاز نسبتاً استاندارد برای LED ها – اگر میلیمپ ها را به آمپر تبدیل کنیم، 0.02 A است. اگر بخواهیم اطمینان حاصل کنیم که تنها 20 میلی آمپر جریان از طریق LED عبور می کند، باید مقداری مقاومت به مدار خود اضافه کنیم. ما ولتاژ را می دانیم زیرا از باتری 9 ولتی استفاده می کنیم. با اعمال قانون اهم، 9V/0.02A = 450 اهم داریم (اهم واحد ما برای مقاومت است). این به این معنی است که اگر بخواهیم اطمینان حاصل کنیم که تنها 20 میلی آمپر جریان از طریق LED می گذرد، می خواهیم یک مقاومت با مقدار 450 اهم به مدار خود اضافه کنیم. روی + Components کلیک کنید(در شبیه سازهای مختلف ممکن است در قسمت دیگری یافت شود) و یک مقاومت اضافه کنید. روی مقاومت کلیک کنید و مقدار آن را به 450 اهم تغییر دهید. با برداشتن سیم قرمز و اضافه کردن مقاومت بین طرف مثبت باتری و پایه آند LED، مقاومت را به مدار اضافه کنید. به مرحله بعدی ادامه دهید.

تبریک می گویم! شما یاد گرفتید که چگونه قانون اهم را برای محدود کردن مقدار جریان از طریق LED اعمال کنید. نکات: در مداری که در آن یک مسیر واحد برای عبور جریان مانند این وجود دارد، جریان از هر عنصر مدار یکسان خواهد بود. به همین دلیل، در واقع مهم نیست که مقاومت قبل یا بعد از LED بیاید – در هر صورت، جریان را محدود می کند. در صورت تمایل می توانید با قرار دادن مقاومت بین پایه کاتد LED و سمت منفی باتری، این را خودتان آزمایش کنید. آیا متوجه شده اید که وقتی مقدار مقاومت آن را به 470 اهم تغییر دادید، نوارهای رنگی روی مقاومت چگونه تغییر کردند؟ نوارهای رنگی روی مقاومت برای تعیین بصری مقدار آن استفاده می شود.

اگر امکان استفاده از شبیه ساز را ندارید یا به مطالعه ی بیشتر علاقه دارید قانون اهم را یکبار به صورت متفاوت تری بیان میکنیم:

به بیان ساده، قانون اهم بیان می کند که جریان عبوری از یک جزء (مانند یک دیود یا مقاومت) برابر است با ولتاژ آن قطعه تقسیم بر مقاومت آن قطعه.

از تعریف بالا یک معادله به دست می آوریم که در آن V = اختلاف پتانسیل، I = جریان، و R = مقاومت.

ولتاژ دو قسمتی مانند مقاومت یا LED ممکن است با ولتاژ منبع تغذیه یکسان نباشد. با فرض اینکه قبلاً با ولتاژها در مدارهای تقسیم کننده سری و موازی آشنا شدید، اولین مثال های ساده زیر ولتاژ مقاومت ها را در پیکربندی های مختلف نشان می دهد.

در مثال های بالا، اگر بخواهیم جریان عبوری از یک مقاومت را محاسبه کنیم، به جای 10 ولت باتری، از ولتاژ دو طرف آن استفاده می کنیم.

در مثال اول، مقاومت با باتری موازی است و بنابراین دارای 10 ولت در سراسر آن است.

در مثال دوم، دو مقاومت ، دارای ولتاژ یکسانی در سراسر آنها هستند 

در مثال سوم، مقاومت 3 اهمی دارای 7.5 ولت در سراسر آن است در حالی که مقاومت 1 اهمی دارای 2.5 ولت در سراسر آن است.

از این مثال ها می بینیم که اگر همه اختلافات پتانسیل را با هم جمع کنیم، همان ولتاژی را بدست می آوریم که توسط ولتاژ تامین می شود.

استفاده از قانون اهم برای محاسبه جریان

برای اینکه ببینید قانون اهم چگونه کار می کند، اجازه دهید آن را در هر مثال اعمال کنیم تا جریان در مقاومت ها را ببینیم!

هنگامی که مقاومت ها به صورت موازی هستند، جریان ممکن است بسته به اندازه مقاومت ها، همانطور که در مثال زیر نشان داده شده است، تقسیم شود.

بررسی سریع قانون اهم

قطعات موازی همیشه در همه آنها ولتاژ یکسانی دارند. اجزای سری دارای جریان یکسانی هستند که از آنها عبور می کند. جریان زمانی که به اجزای موازی وارد می شود تقسیم می شود. هنگامی که آنها به یک سیم واحد می رسند، جریان ترکیب می شود. ولتاژهای اطراف مدار همیشه به ولتاژ تامین شده توسط منبع برق اضافه می شود.

استفاده از قانون اهم کاربردی

تا اینجا مثال های در نظر گرفته شده برای تکالیف خانه عالی هستند اما برای سازندگان در طراحی مدارها چندان مفید نیستند. بنابراین، سازندگان می توانند انتظار داشته باشند که با چه نمونه هایی مواجه شوند و قانون اهم چگونه در این موقعیت ها اعمال می شود؟

مثال 1: LED ال ای دی ها مثال بسیار رایجی هستند که در آن یک میکروکنترلر یا مدار دیگری ممکن است یک LED را کنترل کند. از آنجایی که ال ای دی ها نیمه هادی هستند، مقاومت بسیار کمی دارند. هنگام هدایت، آنها به یک مقاومت سری نیاز دارند در غیر این صورت ممکن است بیش از حد گرم شوند و بشکنند. مقدار این مقاومت را می توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد و محاسبه بسیار آسانی است.

اندازه ولتاژی را تعیین کنید که LED را روشن و خاموش می کند (به عنوان مثال 5 ولت، 3.3 ولت) ولتاژ رو به جلو LED را تعیین کنید (این را می توان در برگه اطلاعات یافت).

نکته: ال ای دی های قرمز معمولا دارای ولتاژ فوروارد 1.8 ولت و ال ای دی های سفید معمولا دارای ولتاژ فوروارد 3 ولت هستند.

تعیین ولتاژی که پس از افت رو به جلو باقی می ماند (ولتاژ ورودی منهای ولتاژ جلو)

تصمیم بگیرید که ال ای دی چه جریانی مصرف می کند (برنامه داده را برای حداکثر امتیازات بررسی کنید)

مقاومت سری مورد نیاز را با استفاده از V = IR محاسبه کنید.

در قسمت زیر میتوانید نظرات پیشنهادات و انتقادات خود را برای ما ارسال کنید