عناصر پسیو (Passive) در مدارهای AC — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

مدارهای الکتریکی یا الکترونیکی از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که به هم متصل شده و یک مدار بسته کامل را می‌سازند. سه عنصر پسیو یا غیرفعال (Passive Component) اصلی هر مدار، مقاومت (Resistor)، خازن (Capacitor) و سلف (Inductor) هستند. همه این اجزای پسیو، یک ویژگی مشترک دارند و آن این است که در برابر جریان الکتریکی مدار مقاومت می‌کنند و آن را محدود می‌سازند.

جریان الکتریکی به دو صورت در مدار گردش می‌کند. اگر جریان فقط در یک جهت گردش کند،  به‌عنوان جریان مستقیم (DC) شناخته می‌شود و اگر در دو جهت (مثبت و منفی برای یک عنصر) گردش کند، جریان متناوب (AC) نامیده می‌شود. اگرچه عناصر پسیو در مدارهای AC دارای امپدانس هستند، اما رفتاری بسیار متفاوت از حضورشان در مدارهای DC را به نمایش می‌گذارند.

فیلم آموزش مبانی مهندسی برق 1 – مرور و حل مساله در فرادرس

کلیک کنید

اجزای پسیو، انرژی الکتریکی مصرف می‌کنند و می‌توان آن‌ها را به صورت‌های مختلف در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی به‌کار برد.

مقاومت‌ها، در مدارهای DC و AC، مقدار مقاومت (Resistance) الکتریکی یکسانی دارند که مستقل از فرکانس منبع است. این، به آن دلیل است که مقاومت‌ها عناصر خالصی هستند و ویژگی‌های پارازیتی خاصی از قبیل ظرفیت (Capacitance) بی‌نهایت ($$C=\infty$$) و اندوکتانس (Inductance) صفر ($$L=0$$) دارند. در یک مدار مقاومتی، ولتاژ و جریان همیشه همفاز بوده و توان مصرف شده در هر لحظه، با ضرب ولتاژ در جریان همان لحظه به‌دست می‌آید.

از سوی دیگر، خازن‌ها و سلف‌ها، نوع دیگری از مقاومت را در مدارهای AC نشان می‌دهند که راکتانس (Reactance) نامیده می‌شود ($$X_L$$ و $$X_C$$). راکتانس نیز در برابر عبور جریان مقاومت می‌کند، اما مقدار راکتانس یک سلف یا خازن، مانند یک مقاومت ثابت نیست و به فرکانس منبع و مقدار آن در حالت DC بستگی دارد.

عناصری که در ادامه معرفی می‌شوند، اجزای پسیو متداولی هستند که در مدارهای AC به‌کار می‌روند. لازم به ذکر است که از نظر تئوری، یک سلف یا خازن کامل (خالص)، هیچ مقاومتی ندارد. هرچند، این عناصر در دنیای واقعی مقداری مقاومت دارند.

مدار مقاومتی خالص

مقاومت‌ها، در برابر جریان گذرنده از مدار مقاومت کرده یا به عبارت دیگر، آن را تنظیم می‌کنند. این مخالفت در برابر گذر جریان، سبب افت ولتاژ در دو سر مقاومت‌ها می‌شود. امپدانس مقاومت‌ها، فقط شامل مولفه مقدار مقاومت (R) است که برحسب اهم ($$\Omega$$) اندازه‌گیری می‌شود.

فیلم آموزش مبانی مهندسی برق 1 در فرادرس

کلیک کنید

مقاومت‌ها در دو نوع ثابت و متغیر (پتانسیومترها) وجود دارند.

مدار خازنی خالص

خازن، عنصری است که توانایی یا «ظرفیت» ذخیره انرژی را در قالب بار الکتریکی دارد (مانند یک باتری کوچک). مقدار ظرفیت یک خازن، برحسب فاراد (F) اندازه‌گیری می‌شود. در حالت DC، امپدانس یک خازن ($$X_C$$)، بی‌نهایت است و مانند مدار باز عمل می‌کند، در حالی که در فرکانس‌های بسیار بالا، مانند یک اتصال کوتاه رفتار کرده و امپدانس آن صفر است.

مدار سلفی خالص

سلف، یک سیم‌پیچ است که با عبور جریان از آن، یک میدان مغناطیسی القا می‌گردد. مقدار اندوکتانس یک سلف، برحسب هانری (H) اندازه‌گیری می‌شود. در حالت DC، مقدار امپدانس سلف ($$X_L$$)، صفر است (اتصال کوتاه) و در فرکانس‌های بسیار بالا، به‌عنوان مدار باز عمل می‌کند (امپدانس آن بی‌نهایت است).

مدارهای AC سری

اجزای پسیو را می‌توان در مدارهای AC به‌صورت سری به یکدیگر متصل کرد و مدارهای RL ،RC و LC را ساخت. شکل این مدارها و روابط مربوط به آن‌ها در ادامه آمده است.

مدار RC‌ سری

مدار RL سری

مدار LC سری

مدارهای AC موازی

اجزای پسیو را می‌توان در مدارهای AC به‌صورت موازی به یکدیگر متصل کرد و مدارهای RL ،RC و LC را ساخت.

فیلم آموزش مدارهای الکتریکی ۱ – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

شکل این مدارها و روابط مربوط به آن‌ها در ادامه آمده است.

مدار RC موازی

مدار RL موازی

مدار LC موازی

مدارهای RLC پسیو

همه سه عنصر پسیو در مدارهای AC، را می‌توان به یکدیگر متصل کرده و مدارهای RLC سری و موازی را تشکیل داد.

فیلم آموزش مدارهای الکتریکی 1 – مرور و حل تست در فرادرس

کلیک کنید

شکل این مدارها و روابط مربوط به آن‌ها در ادامه آمده است.

مدار RLC سری

مدار RLC موازی

عناصر پسیو در مدارهای AC، به‌دلیل تاثیر فرکانس (f)، بسیار متفاوت از حالتی عمل می‌کنند که در مدارهای DC قرار دارند. در یک مدار مقاومتی خالص، جریان با ولتاژ همفاز بوده، اما در یک مدار خازنی خالص، جریان خازن 90 درجه از ولتاژ آن جلوتر است و در یک مدار سلفی خالص، جریان به اندازه 90 درجه از ولتاژ عقب‌تر خواهد بود.

مخالفت با عبور جریان در یک مدار AC، برای یک مقاومت (Resistor)، مقاومت (Resistance) یا R نامیده می‌شود. مقدار این مخالفت با گذر جریان، برای یک خازن، راکتانس خازنی ($$X_C$$) و برای یک سلف، راکتانس سلفی یا القایی ($$X_L$$) است. ترکیب مقاومت و راکتانس، امپدانس (Impedance) نامیده می‌شود.

در مدارهای سری، مجموع فازوری ولتاژ عناصر مدار برابر با ولتاژ منبع تغذیه $$V_S$$‌است. در یک مدار موازی، مجموع فازوری جریان گذرنده از شاخه‌ها و درنتیجه عناصر، برابر با جریان منبع ($$I_S$$) است.

در مدارهای RLC سری و موازی، وقتی جریان منبع، با ولتاژ منبع همفاز باشد و $$X_L=X_C$$، پدیده‌ای به‌نام «تشدید» یا رزونانس (Resonance) رخ می‌دهد. مدار تشدید سری، مدار پذیرنده (Acceptor Circuit) و تشدید موازی، مدار دفع‌کننده (Rejecter Circuit)‌ نامیده می‌شوند.

اگر مطالب بیان شده برای شما مفید بوده و علاقه‌مند به یادگیری موضوعات مرتبط با آن هستید، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش‌های زیر را نیز ببینید:

• آموزش بررسی سیستم های قدرت ۱
• آموزش ماشین های الکتریکی ۲
• تقویت کننده های الکترونیکی — مجموعه مقالات جامع وبلاگ فرادرس
• مدارهای جریان مستقیم (DC) — مجموعه مقالات جامع وبلاگ فرادرس
• آشنایی با ترانسفورماتورها — مجموعه مقالات جامع وبلاگ فرادرس

^^