بررسی نمودار V-I دیود زنر و تریستور و ...

نمودار V-I قطعات الکترونیکی – جلسه سوم دوره آموزشی تحلیل مدار مقدماتی

مقدمه

در سومین جلسه از دوره آموزشی تحلیل مدار مقدماتی ، قصد داریم نمودار V-I برخی از قطعات مهم را با یکدگیر مرور کنیم. ما در این جلسه به صورت خاص به بررسی نمودار V-I مربوط به مقاومت نوری ، دیود زنر ،  و ترمیستور میپردازیم. قبل از آن که ادامه این مطلب را بخوانید حتما جلسه قبل این دوره را از لینک زیر مطالعه کنید: 

دوست عزیز ، خواندن این جلسه بدون انجام تمرینات آن و گام به گام پیش رفتن با درس تاثیر چندانی ندارد. لطفا همین الان یک قلم و کاغذ بردارید و گام به گام با محاسبات و مراحل این جلسه پیش بروید تا خودتان به درک عمیقی از این مطالب برسید و یک بار برای همیشه بتوانید الکترونیک را خوب یاد بگیرید و مدارها را دقیق تحلیل کنید.

نمودار V-I چیست؟

نمودار V-I که در واقع رابطه بین ولتاژ و جریان یک قطعه می باشد. نموداری که به ما می گوید جریان اندازه گیری شده عبوری از ان قطعه ، در یک ولتاژ خاص چقدر است. 

به کمک نمودار V-I میتوانیم رفتار یک قطعه را بفهمیم. در واقع درک کنیم که یک قطعه در یک مدار چه رفتارو عملکردی از خود نشان می دهد.

ما در جلسه قبل نمودار V-I مقاومت را با یکدیگر بررسی کردیم. در قسمت تمارین نیز ، در مورد نمودار V-I منبع ولتاژ و جریان با یکدیگر بحث کردیم. حال در این جلسه میخواهیم آن بحث را کمی ادامه دهیم و نمودار V-I قطعات دیگری را با هم بررسی کنیم. 

نمودار V-I دیود زنر

پیشنهاد برای مطالعه : دیود چیست ؟ 

دیود زنر یکی از قطعات پرکاربرد می باشد. نمودار I-V مربوط به این قطعه به صورت زیر می باشد: (توجه کنید که نمودار زیر نمودارI-V می باشد نه نمودار V-I)

نمودار I-V دیود زنر - نمودار V-I

همانطور که می بینید در این قطعه اگر ولتاژ از صفر فاصله بگیرد و به سمت مثبت حرکت کند ، تا مقدار معیبی (مقدار Threshold) مقدار جریان عبوری از قطعه صفر می باشد و انگار که مدار باز است. اما اگر از مقدار Threshold کمی حرکت کردیم و به جلو رفتیم ، جریان به صورت نمایی شروع به افزایش می کند. 

برای ولتاژ منفی هم قضیه به همین شکل می باشد. (منظورمان از ولتاژ منفی این است که اختلاف ولتاز بین پایه مثبت دیود زنر (پایه آند) و پایه منفی دیود زنر (پایه کاتد) منفی باشد. در واقع پایه آند به سر منفی منبع تغذیه متصل شده باشد و پایه کاتد به سر مثبت). برای ولتاژ منفی ، تا یک ولتاژ مشخص که Breakdown Voltage می باشد و با Vz نیز نشان می دهند ، جریان عبوری تقریبا صفر می باشد و پس از آن ناگهان جریان عبوری زیاد می شود. (در جهت معکوس)

نمودار V-I ترمیستور

ترمیستور همان مقاومت است که مقاومتش با تغییر دما ، عوض می شود. بدیهی است که نمودار V-I این قطعه همان خط می باشد که در دماهای مختلف ، شیب آن خط عوض می شود. 

ویدیوی زیر آزمایشی بسیار ساده و جالب از نمودار V-I مربوط به ترمیستور می باشد. در ویدیوی زیر فرد مربوطه یک سشوار را که گرما تولید می کند ، به ترمیستور نزدیک می کند

و همزمان نمودار V-I مربوطه نشان داده می شود. ویدیو را ببینید :

 

مشاهده می کنید که خیلی ساده استاد مربوطه سشوار را به ترمیستور نزدیک می کند و نمودار V-I به طرز جالبی عوض می شود. 

نمودار V-I مربوط به Photoresistor یا مقاومت نوری

photoresistor یا مقاومت نوری یا همان فتوسل ، یکی از قطعاتی که تقریبا در همه جا میتوانیم آن را مشاهده کنیم. این قطعه یکی از پرکاربردترین قطعات دنیای الکترونیک می باشد. لنز عکاسی و سلول های خورشیدی از نمونه کاربردهای این قطعه می باشد: 

نحوه کارکرد photocell به این صورت است که اگر نوری که به آن می تابد کم شود مقاومت آن زياد مى شود و اگر نوری که به آن می تابد زياد شود مقاومت آن كم مى شود.

با توجه به این توضیحات واضح است که اگر نور تابیده شده صفر باشد ، مقاومت آن بسیار زیاد است و عملا مدارباز می باشد و نمی گذارد که جریان در مدار جاری شود. هر چه این نور نیز زیاد شود ، مقاومت آن کم می شود. 

حال به نظر شما نمودار V-I این قطعه به چه صورت می باشد؟ لطفا قبل از خواندن ادامه این مطلب ، ابتدا خودتان به این سوال فکر کنید. 

حالت اول : نوری در محیط وجود ندارد

در این حالت مقاومت بی نهایت می باشد و جریان عبوری از آن صفر است. پس نمودار I-V به صورت زیر در می آید: 

نمودار I-V مربوط به فتوسل وقتی که نوری در محیط وجود ندارد.  - نمودار V-I

 حالت دوم : نور در محیط بی نهایت باشد

در این حالت مقاومت صفر می باشد می باشد و بنابراین ولتاژ دو سر قطعه نیز صفر می باشد. پس نمودار I-V به صورت زیر است : 

نمودار I-V مربوط به فتوسل وقتی که نور زیادی در محیط وجود دارد.

 حالت سوم : نور در محیط یک مقدار معقول است.

در این حالت با یک خط مواجه هستیم که دقیقا مشابه با یک مقاومت ساده است و هر چه مقدار نور افزایش پیدا کند ، شیب این خط افزایش می یابد. (سوال : چرا ؟ توجه کنید که با یک نمودار I-V روبرو هستیم.)

نمودار I-V فتوسل (مقاومت نوری)

نمودار V-I چه ایراداتی دارد؟

نمودارهای I-V یا V-I بسیار مفید هستند ولی گاهی اوقات ایراداتی هم دارند. مثلا اگر مقدار ولتاژ دو سر مقاومت را خیلی زیاد کنیم ، انتظار داریم جریان دو سر مقاومت نیز خیلی زیاد شود. این نتیجه طبق نمودار V-I بدست می آید. در حالی که در عمل مقاومت می سوزد. ویدیوی زیر را ببینید :

نمودار V-I پدیده بالا را پیش بینی نمی کند. این یکی از ایرادهای مربوط به V-I می

باشد. 

ویدیوی زیر نیز یک ویدیو جالب است که به خیارشور ، یک ولتاژ AC وصل کرده اند و رفتار خیارشور سنجیده شده است. خودتان ببینید :

 

طبیعی است که نمودار V-I مربوط به خیارشور ، نمیتواند این رفتار را پیش بینی کند. البته اصلا پیشنهاد نمی شود که این کار را خودتان انجام دهید. 

در پایان این جلسه تمریناتی آورده شده است که به حل آن بسیار تاکید داریم. لطفا پس از انجام تمرینات ، آن ها را در قسمت نظرات بیاورید تا در صورت ایراد تصحیح شود و در صورت صحیح بودن نیز سایر دوستان استفاده کنند.
تمارین:

شکل زیر 1/10 ثانیه از یک ولتاژ AC با دامنه 120 ولت و فرکانس 60 هرتز را نشان می دهد:

تمرین محاسبه توان AC

فرمول اصلی این ولتاژ به صورت زیر می باشد: 

  سوال 1 : اگر ما این ولتاژ را به دو سر یک مقاومت 110 اهم متصل کنیم ، ماکزیمم توان مصرفی آن مقاومت چه خواهد بود ؟

  سوال 2 : میانگین توان مصرفی این مقاومت چه چیزی می باشد؟ (راهنمایی: برای این کار از توان مصرفی در طول زمان انتگرال بگیرید و بر زمان مورد نظر تقسیم کنید.)

  سوال 3:  اگر ولتاژ دو سر مقاومت مقدار ثابت 120 ولت بود ، توان مصرفی چه مقداری داشت ؟ 

مثل همیشه میتوانید ما را در تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید: 

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

اگر سوالی برایتان پیش آمده ، میتوانید در زیر آن را مطرح کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *