درسنا في الدروس السابقة عن المقاومات الكهربائية وانواعها واهميتها في الدوائر الالكترونية والآن سوف نبدء في دراسة طرق توصيل المقاومات الكهربائية في الدوائر الالكترونية لذلك نلجئ احيانًا إلى توصيل أكثر من مقاومة للحصول على قيمة مقاومة غير متوفرة لديك أو انك تسعى إلى وجود أكثر من قيمة تيار تسري في الدائرة الكهربائية واحتياجات المصممين التي يطول الحديث عنها او لغايات متقدمة مثل عمليات الاقتصاد في استهلاك التيار الكهربائي والتحليلات الهندسية للدوائر, ان طرق توصيل المقاومات هي بشكل اساسي طريقتين وهما التوالي Series والتوازي Parallel ويتفرع منهم طريقة ثالثة تسمى التوصيل المركب او التوصيل المضاعف Combined وهي مزيج من التوالي والتوازي في نفس الدائرة الالكترونية والآن سوف نقوم بدراسة مفصلة لكل نوع من التوصيلات حتى ندرك كيف تتغير خصائص التيار والجهد حسب طريقة التوصيل.
اولًا : توصيل المقاومات الكهربائية على التوالي Series Connection
حتى نقوم في توصيل المقاومات بطريقة التوالي نقوم بتوصيل المقاومات مع بعضها البعض بشكل خطي متسلسل بحيث يجب ان تكون نهاية المقاومة الاولى متصلة ببداية المقاومة الثانية ونهاية المقاومة الثانية سوف تكون متصلة مع بداية المقاومة التالية وهي المقاومة الثالثة وهكذا , بحيث يمر نفس التيار الكهربائي في جميع المقاومات بنفس المسار (لن يحدث تعدد في مسارات التيار) والشكل التالي يمثل رسم توضيحي لتوصيل ثلاثة مقاومات كهربائية بطريقة التوالي مع مصدر كهربائي:
اذًا من المخطط اعلاه تلاحظ ان التيار الكهربائي سوف يخرج من مصدر الطاقة الكهربائية ليدخل في المقاومة الاولى R1 ثم يخرج منها ليدخل في المقاومة R2 واخيرا ينطلق بنفس المسار الى المقاومة R3 ليعود الى القطب السالب من مصدر التيار الكهربائي , سوف نتعلم في الدورس القادمة اهمية هذه الحركة الفيزيائية. هكذا ببساطة هي طريقة التوصيل على التوالي , الآن دعونا ندرس خصائص توصيل المقاومات على التوالي.
في دراستنا لطرق توصيل المقاومات يوجد ثلاثة خصائص اساسية تتغير في حال تغير طرق التوصيل وهي:
- المقاومة الكلية او المقاومة المكافئة Total resistance.
- الجهد الكهربائي.
- التيار الكهربائي.
يتم ايجاد المقاومة الكلية لدائرة المقاومات الموصولة على التوالي باستخدام العلاقة التالية:
R Total = R1 + R2 + R3 + RN
وذلك يعني ان المقاومة الكلية سوف تكون مجموع قيم المقاومات الموجودة في الدائرة ونقصد بالرمز RN اي باقي المقاومات الكهربائية. ولكن ماذا عن الجهد الكهربائي؟ ان الجهد الكهربائي في المقاومات الموصولة على التوالي يتغير فهو يتجزأ ويتناسب حسب قيمة المقاومة الكهربائية فاذا كان لديك 3 مقاومات بقيم مختلفة فسوف يكون الجهد لكل مقاومة مختلف. في المقاومات الكهربائية نقوم بتميز جهد المقاومة عادة بالرمز Ut والذي يعني الجهد الكلي او مجموع جهود المقاومات الكهربائية ولحساب مجموع الجهود الكهربائية هنا نستخدم العلاقة التالية:
U Total = U1 + U2 + U3
وهذا يعني مجموع جهد كل مقاومة كما ذكرنا سابقًا. الآن بقي علينا دراسة التيار في دوائر المقاومة المتتالية , في الحقيقة ان التيار يختلف اختلافًا جوهريًا عن الجهد والمقاومة المكافئة فهو ثابت في جميع اجزاء الدائرة الكهربائية وذلك يعني ان I Total = I1 = I2 = I3 وهكذا.
الآن دعونا نأخذ مثالًا على ما سبق, في هذا المثال سوف نقوم بحساب المقاومة المكافئة والجهد والتيار الكهربائي لدائرة مقاومات موصولة على التوالي تتكون من ثلاثة مقاومات وبقيم مختلفة وموصلة مع 20 فولت كما هي موضحة في الشكل ادناه:
1 – نقوم بحساب المقاومة المكافئة (الكلية) وذلك بجمع قيم المقاومات حسب العلاقة
R Total = R1 + R2 + R3 + RN
ولكن يجب الانتباه الى جعل جميع وحدات المقاومات بالاوم لان المقاومتين R2 و R3 في الكيلو أوم , وبذلك سوف تكون قيمة المقاومة الكلية:
Rt = 200 + 2000 + 5000
والتي تساوي 7200 اوم (Ω) او 7.2 كيلو اوم (kΩ).
2 – لحساب التيار الكهربائي الذي يمر في الدائرة نقوم بتطبيق العلاقة التالية:
I = V/R Total
وبذلك سوف تكون قيمة التيار الكهربائي المار في الدائرة هو 20/7200 والتي تساوي 0.002777 امبير (A) والتي تعني 2.777 ملي امبير(mA).
3 – اما لحساب الجهد الكهربائي سوف نستخدم عملية حسابية لكل مقاومة لايجاد الجهد الخاص بها وذلك عن طريق العلاقة VR = I * R اي ان جهد المقاومة يساوي = قيمة التيار الكهربائي مضروبًا في قيمة المقاومة. الجدول التالي يوضح حساب الجهد الكهربائي للمقاومات الثلاثة:
| جهد المقاومة الاولى VR1 = | 0.002777 * 200 = 0.5554 فولت |
| جهد المقاومة الثانية VR2 = | 0.002777 * 2000 = 5.554 فولت |
| جهد المقاومة الثالثة VR3 = | 0.002777 * 5000 =13.885 فولت |
للتأكد من صحة علمنا نقوم في جمع جهود المقاومات الثلاثة 0.5554 + 5.554 + 13.885 والتي تساوي 20 فولت وهي فعلًا جهد الدائرة الكلي حسب مخطط الدائرة الموجودة في المثال اعلاه.
ثانيًا : توصيل المقاومات الكهربائية على التوازي Parallel Connection
يختلف التوازي كثيرًا عن التوالي من حيث طريقة التركيب والخصائص المتعلقة المقاومة الكلية والجهد والتيار. وحتى نقوم في توصيل المقاومات بطريقة التوازي نقوم بتوصيل المقاومات مع بعضها البعض بشكل متقابل وذلك بتوصيل بداية المقاومة الاولى مع بداية المقاومة الثانية والثالثة , وتوصيل نهاية المقاومة الاولى مع الثانية والثالثة وهذا من شأنه تعدد المسارات في الدائرة الالكترونية. والشكل التالي يمثل رسم توضيحي لتوصيل ثلاثة مقاومات كهربائية بطريقة التوازي مع مصدر كهربائي:
اذًا نلاحظ من المخطط اعلاه كيف تم وصل مدخل المقاومات (R1-R2-R3) مع نفس مدخل مسار التيار الكهربائي ونفس المقاومات تم ربطهم مع مخرج التيار الكهربائي. دعونا الآن ندرس خصائص المقاومات في التوازي:
1 – نقوم بحساب المقاومة المكافئة (الكلية) وذلك بجمع مقلوب قيم المقاومات حسب العلاقة التالية:
حيث ان RN هي باقي المقاومات الكهربائية ان وجد. وبشكل عام ويوجد حالتين خاصتان لتسهيل عملية الحساب في بعض الدوائر الكهربائية وهما:
- اذا كانت الدائرة تحتوي على مقاومتين فقط سوف نستخدم العلاقة التالية:
- الحالة الثانية اذا اردت توصل عدد معين من المقاومات N ولكنها متساوية القيم سوف نستخدم العلاقة التالية:
2 – اما الجهد الكهربائي سوف يكون متساوي لجميع المقاومات U Total = U1 = U2 = U3
3 – اما التيار الكهربائي الذي يمر في الدائرة فسوف يكون مجموع التيارات الفرعية لكل مقامة لابجاده نقوم بتطبيق العلاقة التالية: I Total = I1 + I2 + I3.
الآن دعونا نأخذ مثالًا على ما سبق, في هذا المثال سوف نقوم بحساب المقاومة المكافئة والجهد والتيار الكهربائي لدائرة مقاومات موصولة على التوازي تتكون من ثلاثة مقاومات وبقيم مختلفة وموصلة مع 20 فولت كما هي موضحة في الشكل ادناه:
اولًا : نقوم بحساب المقاومة المكافئة (الكلية) وذلك بجمع مقلوب قيم المقاومات وبتعويض العلاقة اعلاه نجد ما يلي:
والتي تساوي 175.43 اوم (Ω) , لاحظ ان اقم المقاومات في مثال التوزاي نفس قيم مقاومات التوالي في حين المقاومة الكلية في التوالي كانت كبيرة بقيمة 7200 اوم اما في التوازي وجدنا قيمة المقاومة الكلية 175.43 اوم فقط. اذا هنالك اختلاف جوهري في طرق توصيل المقاومات الكهربائية.
ثانيًا : نقوم بحساب التيار الكهربائي باستخدام العلاقة البسيطة التالية: IR = V / R. اي ان تيار المقاومة يساوي = قيمة الجهد الكهربائي مقسومًا على قيمة المقاومة. الجدول التالي يوضح حساب التيار الكهربائي للمقاومات الثلاثة:
| تيار المقاومة الاولى IR1 = | 20/200 = 0.1 امبير (A) او 100 ملي امبير |
| تيار المقاومة الثانية IR2 = | 20/2000 = 0.01 امبير (A) او 10 ملي امبير |
| تيار المقاومة الثالثة IR3 = | 20/5000 = 0.004 امبير (A) او 4 ملي امبير |
يمكنك ملاحظة مما سبق انه كلما قلت قيمة المقاومة الكهربائية سوف يمر من خلالها اكبر كمية من التيار والعكس صحيح , في المقاومات الكبيرة يمر عبرها تيار قليل. عموما في هذا المثال سوف يكون التيار الكلي يساوي مجموع التيارات الثلاثة I1+I2+I3 = 1.114 .
ويمكن حساب التيار مباشرة من العلاقة I=V/ R Total. والتي تساوي:
20 / 175.43= 0.114 أمبير(A) او 114 ملي امبير(mA).
ثالثًا : فيما يخص الجهد الكهربائي كما قلنا سابقا سيكون ثابتًا لجميع المقاومات الكهربائية.
ثالثًا : توصيل المقاومات باستخدام التضاعف Combined
النوع الأخير من توصيل المقاومات هو عبارة عن مزيج من التوصيل على التوالي والتوازي بحيث تحتوي الدائرة الكهربائية على مقاومات موصولة على التوالي ومقاومات موصولة على التوازي مثل الشكل ادناه:
ولكن كيف سوف نتعامل مع هذه الدائرة؟ لا تقلق ان الأمر بسيط للغاية سوف نقوم بتبسيط المقاومات لنحصل على مقاومة مكافئة , فيتضح من الشكل اعلاه ان المقاومتين R1 و R2 متصلات على التوالي فاحسب القيمة المكافئة لهما وسميها مثلا RT1 ثم جد المقاومة المكافئة ل R3 و R4 المتصلات عالتوازي وسميها RT2 , فسوف تصبحين RT1 و RT2 توالي وهكذا يتم حل المسائل مثل هذه فهمها كانت معقدة فقط قم بتبسيطها وسوف تستطيع ايجاد كل ما تريده في التصميم الخاص بك.
انتهينا من دراسة كل ما يتعلق في طرق توصيل المقاومات الكهربائية الآن يمكنك دراسة المزيد من الدروس حول المقاومات الكهربائية وذلك من هنا.
