مدخل إلى العــناصـــر الإلــكتــرونيـــة Intro to Electronic Components


العنصر الإلكتروني Electronic Component، هو أي جهاز فيزيائي مادي، يحدث فيه تأثير معين نتيجة مرور تيار من الإلكترونات عبره، وذلك عند وضعه ضمن دارة كهربائية ذات قيمة محددة للجهد الكهربائي.
في عالم الدارات الإلكترونية والكهربائية، فإن أي دارة تتألف من عددٍ محدد من العناصر الإلكترونية. كل عنصر من هذه العناصر الإلكترونية يقوم بتنفيذ وظيفة معينة، وتكامل وظائف العناصر الإلكترونية كلها سيؤدي للحصول على الوظيفة المطلوبة من الدارة الكهربائية أو الإلكترونية ككل، مهما كان نوع الدارة وطبيعتها، أي سواء كانت دارة حاسوبية رقمية، أو دارة تحكم آلي، أو دارة تغذية كهربائية، أو دارة تحسس وقياس، وغيرها.
مفهوم العنصر الإلكتروني Electronic Component Concept

عند دراستنا للخواص الكهربائية والإلكترونية للمواد، فإننا نعلم أنه يوجد بشكلٍ أساسي عدة خواص كهربائية أساسية يجب أن نأخذها بعين الاعتبار في أي دارةٍ كهربائية:
خواص المقاومة Resistive Properties
الخواص السعوية Capacitive Properties
الخواص التحريضية Inductive Properties
الخواص نصف الناقلة Semiconductive Properties
يوجد طبعاً خواص أخرى يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار، ولكننا هنا سنهتم بالخواص الأربعة السابقة، كونها تعتبر الخواص الأساسية التي تدرس بشكلٍ أساسي بالنسبة لأي دارة كهربائية أو إلكترونية. (الخواص الكهربائية المذكورة سابقاً هي الخواص الكهربائية الطبيعية للمواد، وهي تختلف عن المحددات Parameters الأساسية للدارات الكهربائية والإلكترونية، أي الجهد الكهربائي، التيار الكهربائي، والاستطاعة الكهربائية).

 

coupe
الفكرة هنا، أن العنصر الإلكتروني عبارة عن قطعة قد تقوم بتمثيل أحد الخواص الكهربائية الأساسية بشكلٍ مباشر في الدارة الكهربائية والإلكترونية. هذا يعني، أن خاصية المقاومة (التي تعبر عن درجة رفض جزء من الدارة لمرور التيار الكهربائي فيه) يمكن أن نحصل عليها من خلال قطعة واحدة تدعى “المقاومة”. والخواص السعوية (التي تعبر عن قدرة جزء من دارة على اختزان الشحنات الكهربائية فيه) يمكن أن نحصل عليها بشكلٍ مباشر من قطعة تدعى “المكثف Capacitor”. أخيراً، فإن الخواص التحريضية، التي تعبر عن قدرة جزء من دارة على توليد حقل مغناطيسي نتيجة لمرور تيار كهربائي ضمنه، يمكن أن نحصل عليها من خلال قطعة محددة وبشكلٍ مباشر، وهذه القطعة هي “الملف Coil” (أو المُحرّض كما تدعى ببعض المراجع). هذا التمثيل ينسحب أيضاً على العناصر نصف الناقلة، حيث يمكننا الحصول على الخواص الكهربائية والإلكترونية نصف الناقلة من قطعٍ محددة ومعينة، مثل الثنائي نصف الناقل، أو الديود Diode، الذي يمثل أبسط أشكال الوصلات الإلكترونية نصف الناقلة، أو الترانزيستور، الذي يمثل درجة أعقد بقليل للوصلات الكهربائية نصف الناقلة.
ملاحظة هامة:
يجب أن يتم التمييز ما بين العنصر الإلكتروني والدارة المتكاملة IC: Integrated Circuit. ففي لوحات الدارات المطبوعة PCB، العنصر الإلكتروني عبارة عن قطعة قائمة بحد ذاتها تقوم بوظيفة واحدة. بالنسبة للدارات المتكاملة، وعلى الرغم من كونها موجودة ككقطع منفصلة، إلا أن الدارة المتكاملة الواحدة تتألف من عددٍ كبير من العناصر الإلكترونية داخلها، والذي قد يصل إلى المليارات (كما في حالة المعالجات الصغرية)، وذلك من أجل القيام بوظائف متنوعة ومتعددة.
العناصر الإلكترونية والخواص الكهربائية

كما أوضحت في الفقرة السابقة، فإن العناصر الإلكترونية تقوم بأداء وتمثيل أحد الخواص الكهربائية الأساسية. هذا لا يعني أن كل عنصر سيمثل فقط خاصية كهربائية محددة دون غيرها، فالخواص الكهربائية الأساسية يجب أن تدرس في كافة العناصر الإلكترونية. مثلاً، يمتلك المكثف الكهربائي مقاومةً لمرور التيار الكهربائي ضمنه، وهذه القيمة تعتبر لانهائية في دارات التيار المستمر، ومرتبطة بالتردد Frequency في دارات التيار المتناوب. وكذلك الأمر بالنسبة للملف، الذي يمتلك قيمة محددة للمقاومة الكهربائية. تحديد قيمة كل خاصية كهربائية في كل عنصر إلكتروني تتم عبر تطبيق العلاقات الرياضية التي تصف كل عنصر وآلية عمله، وعبرها يمكن حساب قيمة كل خاصية كهربائية في العنصر.
الأنواع الأساسية للعناصر الإلكترونية

1- العناصر الإلكترونية الفعالة وغير الفعالة
العناصر الإلكترونية الفعالة هي العناصر التي تحتاج إلى قيمةٍ محددة وإضافية من الجهد الكهربائي كي تعمل كما يجب.
كمثال: كافة العناصر نصف الناقلة عبارة عن عناصر إلكترونية فعالة، فالترانزيستور ثنائي القطبية BJT يحتاج لقيمة محددة من الجهد المطبق على قاعدته كي يفتح الترانزيستور ويعمل كمكبر Amplifier، أو كمفتاح Switch.
العناصر الإلكترونية غير الفعالة هي العناصر التي لا تحتاج إلى أي قيمة محددة أو إضافية من الجهد الكهربائي كي تعمل، بل تعمل فور وضعها مباشرةً في الدارة الكهربائية.
كمثال: المقاومة الكهربائية، المكثف الكهربائي، الملف.
يمكن أيضاً توضيح الفرق بين العناصر الإلكترونية الفعالة وغير الفعالة على أن العناصر الإلكترونية الفعالة هي العناصر التي تقوم بمنح جهد إضافي ضمن الدارة التي تعمل فيها. بينما العناصر الإلكترونية غير الفعالة فهي عبارة عن عناصر مستهلكة للجهد، ولا تساهم بتقديم أي قيمة إضافية للجهد الكهربائي المار في الدارة.