راقب الدائرة دون أن تتحول إلى حمل عليها.
يوصل الفولتميتر على التوازي بين عقدتين. ولأن مقاومته الداخلية تقارب 10 MΩ، لا ينحرف إليه أي تيار يُذكر—إلا إذا نسيت السلك الأحمر في منفذ التيار!
إذا بقي السلك الأحمر في منفذ التيار (mA/A) بينما تلامس طرفي مصدر جهد على التوازي، فإن مجزئ التيار منخفض المقاومة داخل المقياس يصنع قصرًا فوريًا.
ثلاث نقاط انتبه إليها
- الجهد يُقاس دائمًا عبر نقطتين. لا تفتح الدائرة لقياس الجهد؛ لامس العقدة المطلوبة بالمسبار الأحمر وعقدة المرجع بالمسبار الأسود.
- الإشارة تخبرك بالقطبية. تبديل المسبارين الأحمر والأسود يعكس الإشارة من +3.10 V إلى −3.10 V دون أن يضر المقياس الرقمي.
- قراءة OL أو العقد العائمة. العقدة المفصولة لا تملك مسارًا محددًا للجهد بالنسبة للمرجع.
شرح تطبيقي مفصل ومثال هندسي محلول بالأرقام خطوة بخطوة
يغذي مصدر جهد مستمر 5 V ثنائياً ضوئياً أحمر (Vf = 1.9 V) عبر مفتاح تحكم ومقاومة تحديد تيار 330 Ω. وبما أن العناصر متصلة في حلقة توالي واحدة، فإن نفس التيار يمر في كل عنصر.
المعطيات: جهد المصدر Vs = 5.0 V، الجهد الأمامي لليد الأحمر Vf = 1.9 V، مقاومة التوالي R1 = 330 Ω، المفتاح SW1 مغلق.
- 1. بتطبيق قانون كيرشوف للجهد (KVL) حول الحلقة: جهد المقاومة V_R1 = Vs − Vf = 5.0 − 1.9 = 3.10 V.
- 2. بتطبيق قانون أوم على المقاومة R1: التيار I = 3.10 / 330 = 0.00939 A = 9.39 mA.
- 3. حساب القدرة المبددة في المقاومة: P_R1 = I² × R1 = (0.00939)² × 330 = 29.1 mW (أقل بكثير من حد الربع واط 250 mW).
النتيجة الهندسية: جهود العقد: V(VCC) = 5.00 V، و V(N1) = 5.00 V، و V(N2) = 1.90 V، و V(GND) = 0.00 V.
شرح المكونات الإلكترونية بالتفصيل وطريقة توصيل كل مكوّن ومثال عليه
المصدر المثالي يثبت فرق الجهد V(+) − V(−) = Vs، بينما المصادر العملية تحتوي على مقاومة داخلية صغيرة وحد أقصى للتيار لحماية الدائرة.
طريقة التوصيل: يُوصل الطرف الموجب (nodeA) بعقدة التغذية الرئيسية (VCC)، والطرف السالب (nodeB) بعقدة المرجع الأرضي (GND = 0 V). لا توصل مصدرين مختلفين على التوازي المباشر.
مثال محلول: مثال: مصدر 9 V متصل بمقاومة حمل 450 Ω يمرر تياراً قدره I = 9 / 450 = 20 mA ويقدم قدرة P = 9 × 0.02 = 180 mW.
يتناسب التيار المار في المقاومة طردياً مع فرق الجهد بين طرفيها: I = (Va − Vb) / R، وهي غير قطبية (يمكن توصيلها بأي اتجاه).
طريقة التوصيل: توصل على التوالي مع الأحمال (مثل LED أو دايود زينر) لتحديد التيار، أو في أزواج بين التغذية والأرضي لتكوين مقسم جهد.
مثال محلول: مثال: لتحديد تيار LED (جهده 2.0 V) عند 10 mA من مصدر 5 V: نحسب R = (5 − 2.0) / 0.01 = 300 Ω (نختار القيمة القياسية 330 Ω). القدرة المبددة: P = (0.01)² × 330 = 33 mW (آمنة لمقاومة ربع واط 250 mW).
عند توصيلها كمقاومة متغيرة (ريوستات) بين عقدتين، تكون المقاومة الفعالة R_eff = R_total × (نسبة المؤشر / 100).
طريقة التوصيل: يُنصح بتوصيل مقاومة ثابتة صغيرة على التوالي معها (مثل 100 Ω) حتى لا يحدث قصر كامل عند تدوير المؤشر إلى الحد الأدنى.
مثال محلول: مثال: مقاومة متغيرة 1 kΩ مضبوطة عند 50% تعطي 500 Ω. وعند توصيلها على التوالي مع مقاومة حماية 220 Ω تصبح المقاومة الكلية 720 Ω.
المفتاح المفتوح يظهر عبر طرفيه جهد المصدر بالكامل مع تيار يساوي صفراً، بينما المفتاح المغلق يمرر التيار مع هبوط جهد يكاد يساوي صفراً (0 V).
طريقة التوصيل: يوصل على التوالي في جانب التغذية الموجب (بين VCC والحمل) للتحكم في تشغيل وإيقاف الفرع بأمان.
مثال محلول: مثال: في دائرة 5 V، عند فتح المفتاح SW1 يصبح التيار 0 mA، وعند قياس الجهد عبر طرفي المفتاح المفتوح نقرأ 5.00 V كاملة.
خلافاً للمقاومة، يمتلك الـ LED منحنى (تيار-جهد) أسّياً غير خطي؛ فبمجرد وصول الجهد إلى Vf تنخفض مقاومته الديناميكية لبضعة أومات ولا يستطيع تحديد تياره بنفسه.
طريقة التوصيل: يوصل الأنود (nodeA - قاعدة المثلث) باتجاه الجهد الأعلى، والكاثود (nodeB - الخط العمودي) باتجاه الأرضي، ودائماً على التوالي مع مقاومة تحديد تيار.
مثال محلول: مثال: ليد أحمر (Vf = 1.9 V) مع مقاومة 330 Ω على مصدر 5.0 V: جهد المقاومة V_R = 5.0 − 1.9 = 3.1 V، وبالتالي التيار I = 3.1 / 330 = 9.39 mA (إضاءة ممتازة وآمنة).
عندما يتجاوز جهد الأنود جهد الكاثود بمقدار 0.7 V تنهار منطقة الاستنزاف ويمر التيار. وفي التوصيل العكسي يتسع الحاجز ويمنع مرور التيار.
طريقة التوصيل: يوصل على التوالي مع مدخل التغذية للحماية من عكس القطبية، أو على التوازي العكسي مع الملفات والمرحلات (الكاثود للموجب) كدايود مسار حر (Flyback).
مثال محلول: مثال: مصدر 5.0 V يمر عبر دايود حماية 1N4007 (هبوطه 0.7 V) إلى مقاومة 430 Ω: يصبح الجهد بعد الدايود 5.0 − 0.7 = 4.3 V، والتيار 4.3 / 430 = 10.0 mA.
المفاهيم الخاطئة الشائعة وتصحيحها
«الجهد يسري عبر المكوّن.» — التيار هو الذي يسري عبر المكونات؛ أما الجهد فهو فرق الكمون بين طرفين.
«تحويل القرص إلى DC V يجعل المسابير آمنة مهما كان المنفذ.» — المنفذ الفعلي للسلك الأحمر هو الذي يحدد ما إذا كان متصلًا بمقسم 10 MΩ أو بمصهر التيار منخفض المقاومة.
نواتج التعلّم والمتطلبات وسؤال التطبيق
- إعداد المقياس المتعدد بوضع السلك الأسود في COM والأحمر في V/Ω والقرص على الجهد المستمر DC V.
- قياس جهود العقد وهبوط الجهد عبر المكونات على التوازي بين نقطتين.
- تفسير سبب امتلاك الفولتميتر مقاومة دخل عالية جدًا (نحو 10 MΩ عادةً).
سؤال نقل الأثر: قست 5.00 V بين VCC وGND، و5.00 V بين العقدة A وGND في دائرة R1 + LED متوالية. ما الجهد عبر R1، وعلامَ يدل ذلك بخصوص التيار؟
الجهد عبر R1 هو V_VCC − V_A = 5.00 − 5.00 = 0.00 V. وبحسب قانون أوم (I = V/R)، انعدام الجهد عبر R1 يثبت أن التيار يساوي صفرًا (بسبب عكس LED أو انقطاع المسار إلى الأرضي).