:
:
:
:
...Loading...

מבוא לאלקטרוניקה וחשמל

מבוא לאלקטרוניקה וחשמל

אטומים ויסודות

כל החומרים בטבע מורכבים מ-92 אבני בניין הקרויים "יסודות". כל יסוד מורכב מסוג מסוים של אטומים. למשל מימן עשוי מאטומים של מימן וחתיכת נחושת מורכבת מאטומים של נחושת.  את כל היסודות שמופיעים בטבע (ועוד כמה שייצרו בתנאי מעבדה) אפשר לראות בטבלה המחזורית.

האטום מורכב מחלקיקים רבים. מהם נזכיר כאן את גרעין האטום שמורכב מניוטרונים ופרוטונים ואת האלקטרונים שמקיפים את הגרעין ונמצאים כל הזמן בתנועה.

לחלקיקים האלה יש מטען חשמלי. לפרוטון מטען חשמלי חיובי (+), לאלקטרון מטען שלילי (-) והניוטרון הוא ניטראלי.

המטען החשמלי של האלקטרונים והפרוטונים הוא זהה בעצמתו אך הפוך בסימנו. כך נוצרת משיכה חשמלית בין האלקטרונים לגרעין.
במידה ובאטום של חומר מסוים יש יותר אלקטרונים מפרוטונים ,הגרעין לא יוכל למשוך את כל האלקטרונים וחלקם יהיו חופשיים לנדוד בין אטומים. לחומר כזה נקרא חומר מוליך. אם תנועת האלקטרונים החופשיים תהיה באותו כיוון ייוצר זרם חשמלי.

מוליכים ומבודדים

מוליכות חשמלית היא היכולת של זרם חשמלי לעבור בחומר מסוים.
מתכות נחשבות לחומר בעל מוליכות גבוהה (כסף, נחושת, זהב, אלמניום, ניקל, כספית, ברזל, עופרת, כרום, ניקל, פחמן). בין החומרים המבודדים נוכל למצוא פלסטיק, עץ, גומי חרסינה, אויר וזכוכית.

זרם חשמלי

בחיי היום יום כשנדבר על זרם נתייחס לרוב לתנועה של הרבה פרטים באותו הכיוון. למשל זרם מים או זרם של אנשים.
זרם חשמלי (Electrical Current) הוא תנועה של מטענים חשמליים (לרוב אלקטרונים בעלי מטען שלילי). את הזרם נמדוד באמפר (A) ונסמן באות I (למשל I=3A).

נבדיל בין שני סוגים של זרמים.
אם תנועת האלקטרונים היא תמיד באותו הכיוון זהו זרם ישר (Direct Current – DC)
אם תנועת האלקטרונים משנה את כיוונה לסירוגין זהו זרם חליפין (Alternating Current - AC).
בחיי היום יום זרם ישר נוצר ע"י סוללה. הזרם שמסופק לנו על ידי חברת חשמל הוא זרם חליפין בתדר של 50Hz.  כלומר האלקטרונים משנים את כיוונים 50 פעמים בשנייה. הסיבה לכך היא שזרם חליפין מאפשר העברת אנרגיה על פני מרחקים גדולים בנצילות גבוהה.
גם כשנעבוד עם גלי קול שהותמרו לאותות חשמליים הם יעבדו כזרם חליפין.
בהמשך נראה כיצד אפשר להפוך זרם חליפין לזרם ישר.

 

 


מתח חשמלי ומקורות מתח

אם אמרנו שזרם חשמלי הוא קצת כמו זרם מים שזורם בצינור (מוליך) אז מגדל המים שמרים את המים למעלה כדי שהם יוכלו לזרום הוא מקור המתח. מתח חשמלי נמדד בין שתי נקודות והוא מתאר את הפרש הפוטנציאל החשמלי בינם (כמו הפרש הגבהים בין שתי נקודות בזרם מים). מתח חשמלי נמדד בוולט (V) ומסומן באות V. (למשל V=3V)

כדי שזרם חשמלי יוכל לזרום אנחנו חייבים לסגור מעגל חשמלי על ידי מוליכים. במעגל יהיו לפחות ספק מתח אחד (למשל סוללה) וצרכן אחד (למשל מנורה). במקרה כזה מקור המתח ייצור תנועה של אלקטרונים בין ההדקים שלו.

התנגדות ועכבה – חוק אוהם Ohm

התנגדות חשמלית (Resistance) מתארת התנגדות של חומר למעבר זרם. לכל חומר יש התנגדות. גם לכבל שדרכו עוברים האותות, גם למיקרופון וגם לרמקול. התנגדות נמדדת באות היוונית אום Ω ומסומנת ב-R (למשל R=8Ω)

במעגלי זרם חילופין ההתנגדות מכונה עכבה (Impedance). היא עדיין נמדדת באום אבל מסומנת באות Z (למשל Z=8Ω).

חוק אום, הוא החוק הבסיסי המתאר את הקשר בין מתח זרם והתנגדות במעגל DC.

חוק אום:  V=I*R
ומכאן:  I=V/R    R=V/I

למשל אם במעגל הפשוט שלמעלה הסוללה היא של 1.5V ולמנורה יש התנגדות של 5Ω אז הזרם הוא:   I=V/R=1.5/5=0.3A

חיבור מכשירים בטור ובמקביל

מה קורה אם נחבר כמה צרכנים בטור?
ההתנגדות הכוללת תהיה זהה לסכום ההתנגדויות של כל הצרכנים. חיבור שני נגדים זהים יכפיל את ההתנגדות הכוללת.

Rtotal = R1 + R2

למשל במעגל הזה (המתואר בסימנים מוסכמים לסימון מעגלים חשמליי) מחוברים שני נגדים למקור מתח ישר. אם מקור המתח מספק 1.5V וכל אחד מהנגדים הוא של 5Ω אז הזרם במעגל יהיה:

I=V/(R1+R2)=1.5/(5+5)=1.5/10=0.15A

שימו לב שבחיבור טורי ,הזרם הקבוע בכל המעגל והמתח ממקור המתח מתחלק בין שני הנגדים (זהו חוק מחלק המתח). במקרה זה כל נגד יקבל חצי מהמתח. אם מדובר במנורה, היא תאיר בעצמה יותר חלשה. אם מדובר ברמקול הוא ישמיע פחות רעש...
כמו כן שימו לב שבמקרה שמנורה אחת נשרפת אז המעגל ייפתח, הזרם ייפסק ויהיה חושך מוחלט...

 

 

 

מה קורה אם נחבר כמה צרכנים במקביל?

במקרה כזה כל אחד מהנגדים יראה את מלוא המתח, והזרם יתחלק בין שני הנגדים.
במקרה כזה הנוסחה להתנגדות הכוללת תהיה פחות יפה...

 1/R total = 1/R1+1/R2

אבל מספיק שנזכור שחיבור שני נגדים במקביל יחלק את ההתנגדות הכולל בשניים.

למשל במקרה הזה, חיבור שני נגדים של 5Ω ייתן נגד שקול של 2.5Ω ואז לפי חוק אום הזרם הכולל יהיה:
I=V/R=1.5/2.5=0.6A
והזרם הזה יתחלק שווה בשווה בין שני הנגדים.


בפועל תמיד שנחבר כמה מכשירים לאותו מקור מתח זה יהיה בחיבור מקבילי (למשל כמה מנורות על אותו השקע, כמה רמקולים לאותו המגבר). אחרת תקלה במכשיר אחד תגרום להשבתה של כל המכשירים המשורשרים.


סוגי נגדים
הנגדים שאנו רואים בצד שמאל הם בעלי התנגדות קבועה.
אבל רבים מהמכשירים איתם אני עובדים מורכבים גם מנגדים עם התנגדות משתנה.

למשל הפוטנצימטרים במיקסר הם סוג של נגד משתנה, וגם הפיידרים במיקסר (או בעברית "זחלנים") הם נגדים משתנים!

 

 

 

 

הספק חשמלי

הספק מתאר את קצב שינוי האנרגיה החשמלית. מושג זה מתאר קשר בין המתח לזרם.
הספק נמדד בוואט (W) ומסומן באות P (למשל P=100W).

הספק מחושב על ידי מכפלה של המתח בזרם:    P=I*V

בעזרת חוק אום אפשר לחשב את ההספק כתלות בהתנגדות:    P=I*V=(V/R)*V=V^2/R

למשל ההספק של המעגל הראשון שראינו יהיה:  P=V^2/R=1.5^2/5=0.45W

אם הנגד במעגל לא מסוגל לעמוד בהספק של 0.45W אז הוא יישרף.
לרכיבים רבים יש הספק מקסימאלי בו הם מסוגלים לעבוד לפני שנגרם להם נזק.

 

 


קבלים וסלילים

ראינו שנגדים מסוגלים לעזור בחלוקה של זרם ומתח. אבל כדי לבצע פעולות יותר מורכבות נדרשים עוד כמה סוגי רכיבים.
קבל (Capacitor) הוא רכיב חשמלי המורכב בין שני לוחות שבינם נמצא חומר מבודד בו ניתן לאגור מטען חשמלי. גודל הקבל (הקיבול שלו) נקבע לפי כמות המטען שהוא מסוגל לאגור.
אם נחבר מקור מתח לקבל אז הוא ייטען, ואם ננתק את מקור המתח ונחבר עומס כלשהו אז הקבל יתפרק עליו. אפשר לחשוב על קבל כמו על בטרייה קטנה ומהירה.

לקבל יש תכונה בשם היגב. תכונה זו דומה להתנגדות של קבל אך היא תלויה בתדר. באופן כללי ככל שהתדר גבוה יותר, כך היגב הקבל יהיה קטן יותר – כלומר הוא יהווה קצר. ככל שהתדר יותר נמוך ההיגב יגדל והקבל יהווה נתק (במתח DC קבל משמש כנתק – כלומר קבל מסנן מתח DC).

בגלל תכונת ההיגב ,קבל יכול לשמש למעגלי סינון (כמו אקולייזרים) כדי לסנן, להגביר או להחליש תחומי תדרים שונים.

סליל (Coil) הוא רכיב שמורכב פשוט מתיל מתכתי מצופה בחומר מבודד המלופף בצורה של סליל. גם לסליל יש היגב, אך הוא עובד בצורה הפוכה מקבל. בתדר נמוך הוא משמש כקצר ובתדר גבוה כנתק.

בעזרת נגדים, קבלים וסלילים ניתן לבנות מעגלי סינון מכל הסוגים ובאיכויות שונות.

שנאים

שנאי מורכב משני סלילים המלופפים סביב אותה ליבת ברזל. אם בסליל הראשון יעבור זרם חשמלי משתנה אז ייוצר מסביבו שדה מגנטי. הסליל השני יקלוט את השדה המגנטי וייוצר בו זרם חשמלי. היחס בין הזרם החשמלי השנאי הראשון והשני יהיה תלוי ביחס מספר הליפופים בכל אחד מהסלילים. בצורה זאת ניתן להגדיל או להקטין מתחים חשמליים (כמו למשל בשנאים שלוקחים מתח של 220V ומקטינים אותו ל-12V), וגם להעביר אותות בין מכשירים שונים תוך שמירה על בידוד חשמלי בינם. נמצא שנאים כמעט בכל מיקרופון, במעגלי הגברה רבים ועוד.

 

 

 

 

 

דיודות

דיודה ,היא רכיב המוליך זרם רק בכיוון אחד. אפשר להשתמש בדיודה כדי להשאיר מגל סינוס את החלק החיובי שלו בלבד (שרטוט עליון). בעזרת גשר דיודות המורכב מ-4 דיודות ניתן לקחת את החלק השלילי של הגל ולהפוך אותו לחיובי (שרטוט שני). שנאי פשוט שהופך מתח חליפין של 220V למתח ישר נמוך מורכב למעשה משנאי (להורדת המתח), גשר דיודות וקבל (שמיישרים את המתח(. ראה שרטוט שלישי .

 


טרנזיסטורים

טרנזיסטור הוא רכיב בעל שלושה הדקים. בסיס (Base) קולט (Collector) ופולט (Emiter). הטרנזיסטור הוא סוג של בקר להעברת זרם בין הקולט לפולט, כאשר השליטה על כמות הזרם נקבעת ע"י הזרם בבסיס. כך בעזרת שינויי זרם קטנים בבסיס ניתן לשלוט על שינויי זרם גדולים בין שני ההדקים האחרים.
תכונות אלה מאפשרות את שני היישומים העיקריים של טרנזיסטורי מגברים ומתגים אלקטרוניים.

מעגלים משולבים


עד המצאת הטרנזיסטור ב 1948 השתמשו להגברה במנורות שהיו גדולות, מסורבלות, רגישות לתזוזות וייצרו הרבה חום. הטרנזיסטור חולל מהפיכה בעולם האלקטרוניקה בעיקר בגלל האפשרות להכניס  
כמות גדולה של טרנזיסטורים זעירים לרכיב אחד הקרוי מעגל משולב
I.C – Integrated Circuit)). כיום כל מכשיר אלקטרוני מכיל מספר מעגלים משולבים שכל
אחד מהם מכיל ממספר טרנזיסטורים בודדים למיליוני טרנזיסטורים במעבדי מחשב מודרניים.

רשת החשמל בישראל

חברת החשמל מספקת לכל דירה מתח חשמלי של 220V.
חשוב לוודא את תקינות מערכת החשמל בעזרת רב מודד. אם מתח החשמל בדירה חורג ביותר מ-10% מ220V או שיש מתח (אפילו קטן מאוד) ברגל ההארקה חייבים לקרוא מיד לחשמלאי שיבדוק את תקינות ארון החשמל בדירה.

בעיה ברשת החשמל עלולה לגרום לרעשים וזמזומים בציוד, תקלות ונזק למכשירים ואף להתחשמלות ומוות.
ההארקה תקינה מבטיחה שבמקרה של תקלה במערכת החשמל, מרבית זרם החשמל ילך לאדמה ולא יעבור דרך הגוף שלנו.

 

 

 


במקרה של התחשמלות
1. ניתוק מקור הזרם
2. אם אין אפשרות לנתק את הזרם במהירות, יש להפריד את המגע בין הנפגע  והמתקן החי באמצעות גופים מבודדים (למשל קרש)
3. מתן הנשמה ועיסוי לב לפי הצורך על ידי בעל הכשרה מתאימה
4. אין לטלטל את הנפגע ממקום למקום

חשוב לעבור קורס החייאה - כל אחד יכול להציל חיים.
להרשמה בטלפונים: 1700-500-430

 

 רוצים לדעת עוד על קורס טכנאי סאונד? צרו קשר באמצעות האתר או בטלפון : 1-700-500-881 וצוות יועצי הלימודים של מכללת BPM ישמחו לענות לכם על כל שאלה ולתת לך את המידע הדרוש


:
:
:
:
...Loading...


בחר סוג חיפושselect
בחר קטגוריהselect
בחר תת קטגוריהselect