صفحة 148 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 تمرين 1: محاكاة دائرة أساسية

المفاهيم الأساسية

لوحة المكونات (Components): تحتوي على فئة Basic التي تتضمن مكونات إلكترونية أساسية للبناء والمحاكاة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الوحدة 4: محاكاة الدوائر الإلكترونية

الدرس الثاني: مفتاح الضغط

إضافة مفتاح ضغط في الدائرة

#### خطوات الإضافة

• اختيار مفتاح الضغط من لوحة المكونات.
• وضعه على لوحة التوصيل بحيث يكون أحد طرفيه في عمود والطرف الآخر في عمود آخر.

#### توصيل المفتاح

• الأطراف القطرية تمثل النهايات المقابلة للمفتاح.
• اتجاه التيار: يتدفق من e5 إلى f3.
• يوضع المفتاح داخل الدائرة المغلقة (مثلاً في f3).

#### توصيلات لوحة التجارب

• كل مكون في العمود المرقم يرتبط مع المكونات الأخرى في نفس العمود.
• يتصل مفتاح الضغط بأحد أطراف الـ LED.
• سلك التوصيل من j3 يتصل بالجهة السالبة.

#### إغلاق الدائرة

• نقل سلك التوصيل من الطرف الموجب إلى الجانب الآخر من مفتاح الضغط.

حذف الأسلاك باستخدام لوحة المفاتيح

#### الخطوات

• تحديد سلك التوصيل (الموجب).
• الضغط على زر Delete أو Backspace.

#### مثال تطبيقي (شكل 4.19)

• الحالة الأولى: دائرة كاملة مع سلك موجب موصل.
• الحالة الثانية: دائرة غير مكتملة بعد حذف السلك الموجب.

توصيل الدوائر الكهربائية

توصيل الطرف الموجب

• يجب توصيل الطرف الموجب للبطارية بالجانب الآخر من لوحة التجارب.
• كلا جانبي لوحة الدوائر له أطراف موجبة وسالبة.

نزع الأسلاك وتحريكها

#### الخطوات

اضغط على السلك الموجب لتحديده.

حرك مؤشر الفأرة إلى نهاية السلك المتصل بلوحة الدوائر، وعند ظهور نقطة بيضاء، اضغط عليها لفصلها.

اضغط واسحب لوضع نهاية السلك على الجانب الآخر من اللوحة وتوصيله بالسلك الموجب.

#### مثال تطبيقي (شكل 4.20)

• دائرة على لوحة تجارب تحتوي على بطارية 1.5 فولت، ودايود مشع للضوء (LED) أحمر، وزر.
• يتم تسليط الضوء (بمستطيل أصفر) على نقطة التوصيل بين الكاثود الخاص بالـ LED والزر.

اكتشاف الأخطاء وتصحيحها (Troubleshooting)

فوائد محاكاة الدائرة

• اختبار وتقييم وتشخيص التصاميم الجديدة دون إنشائها فعلياً.
• اكتشاف الأخطاء وتصحيحها وجمع البيانات قبل التطبيق بالمكونات الحقيقية.
• تحديد صحة وكفاءة التصميم مسبقاً.
• تجربة تصاميم بديلة دون تكلفة وبشكر أسرع.
• توفر كمية لا حصر لها من المكونات في برامج المحاكاة.

حساسية دوائر الـ LED

• دوائر الدايودات المشعة للضوء حساسة جداً للتيار.
• يتلف الـ LED إذا تجاوز التيار الحد الأقصى المسموح به (مثل 20 ميلي أمبير).
• يجب استخدام المقاومة المناسبة لحماية الـ LED أو الدائرة من التلف.

آلية اكتشاف الأخطاء في برنامج "تينكر كاد"

• يعرض البرنامج تدفق التيار عبر عناصر الدائرة عند تشغيل المحاكاة.
• يتم التنبيه للمشكلة من خلال إظهار نجمة حمراء أعلى المكون الذي فيه المشكلة.
• مرر الفأرة على النجمة الحمراء للحصول على شرح للمشكلة.

#### مثال: مشكلة تيار زائد (شكل 4.21)

• دائرة تحتوي على بطارية 9V و LED.
• النجمة الحمراء تشير إلى مشكلة.
• يمر تيار شدته 915 ميلي أمبير في الـ LED، بينما الحد الأقصى المسموح به هو 20 ميلي أمبير.

تصحيح دائرة LED غير عاملة

مشكلة في المحاكاة

• عند محاكاة دائرة تحتوي على بطارية ودايود مشع ومفتاح ضغط، لا يضيء الـ LED.
• السبب: توصيل خاطئ للدايود المشع.

الحل

• يجب توصيل مصعد (الطرف الموجب) الـ LED بالطرف الموجب لسريان التيار الكهربائي.

قاعدة مهمة

• لا يمكن نقل المكونات أثناء تشغيل محاكاة الدائرة.

مثال توضيحي (شكل 4.22)

• دائرة على لوحة تجارب تحتوي على بطارية 1.5V و LED أحمر.
• الدائرة موصلة بشكل غير صحيح.

لتعديل الدائرة واختبار تشغيلها

#### خطوات التعديل والاختبار

إيقاف المحاكاة.

نقل الدايود المشع للضوء (LED) إلى الصف الثاني.

توصيل سلك التوصيل بالمهبط (الكاثود) الخاص بالـ LED.

بدء المحاكاة.

الضغط على مفتاح الضغط.

التأكد من إضاءة الـ LED أثناء الضغط على المفتاح.

إطفاء الـ LED عند تحرير مفتاح الضغط.

تعديل الدائرة واختيار تشغيلها

#### مثال تطبيقي (شكل 4.23)

• دائرة محاكاة تحتوي على بطارية 1.5V و LED أحمر ومفتاح ضغط على لوحة تجارب.
• تظهر حالتان للتعديل:

- الحالة الأولى: مفتاح الضغط موصل في موضع محدد (مُشار إليه بالرقم 5).

- الحالة الثانية: مفتاح الضغط موصل في موضع مختلف (مُشار إليه بالرقم 7).

الدوائر ذات المقاومات

إنشاء دائرة جديدة في تينكر كاد

#### خطوات الإنشاء

من لوحة المكونات، اختر Resistor (المقاومة) وضعها في مساحة العمل.

اضبط قيمة المقاومة على 47Ω.

اختر LED (الدايود المشع) وضعها في مساحة العمل.

اختر Battery 1.5V (بطارية) وضعها في مساحة العمل.

اضبط عدد البطاريات على 2 للحصول على جهد 3 فولت.

وصل الدائرة وابدأ المحاكاة.

حساب قيمة المقاومة المناسبة

#### الصيغة المستخدمة

R = \frac{V_{source} - V_{drop}}{I_{forward}}

#### القيم المذكورة

• جهد المصدر (V_source): 3 فولت
• فرق الجهد الأمامي للـ LED (V_drop): 2.06 فولت تقريباً
• التيار الأمامي المثالي للـ LED (I_forward): 20 مللي أمبير
• قيمة المقاومة المحسوبة (R): 47Ω

واجهة المحاكاة والمكونات

لوحة المكونات الأساسية

• تحتوي على: المقاومة، LED، مفتاح الضغط، مقياس الجهد، المكثف، مفتاح الانزلاق، البطاريات، لوحة التجارب الصغيرة، micro:bit، Arduino Uno R3.

ضبط خصائص المكونات

#### خصائص LED

• الاسم (Name): يمكن تعيينه (مثال: 1).
• اللون (Color): يمكن اختياره (مثال: أحمر).

#### خصائص بطارية 1.5V

• الاسم (Name): يمكن تعيينه (مثال: 1).
• العدد (Count): (مثال: 1 بطارية).
• النوع (Type): (مثال: AA).
• مفتاح مدمج (Built-in Switch): (مثال: لا).

إنشاء دائرة جديدة (شكل 4.24)

واجهة برنامج Tinkercad

• تحتوي على: شريط أدوات (Code، Start Simulation، Send To).
• قائمة المكونات (Components) الأساسية.

مثال: دائرة تحتوي على

• حزمة بطاريتين من نوع AA (1.5V لكل منهما).
• مقاومة (Resistor).
• ديود باعث للضوء (LED).

إرشادات حول توصيل الدوائر الإلكترونية

تصميم دائرة الدايود المشع للضوء (LED)

• تصميم الدائرة على لوحة توصيل الدوائر (Breadboard).
• الانتقال إلى لوحة تحكم الدائرة وإنشاء دائرة جديدة.

خطوات إنشاء دائرة جديدة

من لوحة المكونات، اختر Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة) وضعها في مساحة العمل وادورها.

اختر Resistor (المقاومة) وضعها في مساحة العمل وادورها.

اضبط قيمة المقاومة على 47Ω.

اختر LED (الدايود المشع للضوء) وضعه على لوحة توصيل الدوائر وادوره.

اختر Battery 1.5V (بطارية 1.5 فولت) وضعها في مساحة العمل وادورها.

اضبط عدد البطاريات (Count) على 2 للحصول على فرق جهد 3 فولت.

من المحاكاة إلى التنفيذ

• بعد محاكاة الدائرة واختبار عمل جميع المكونات، يمكن تنفيذ الدائرة بمكونات حقيقية.

مزايا وعيوب لوحة توصيل الدوائر

#### المزايا

• إمكانية إجراء التعديلات بسهولة دون الحاجة للّحام.

#### العيوب

• يمكن أن تُفْلَت التوصيلات بسهولة.
• يصعب العثور على التوصيلات غير الثابتة في الدوائر المعقدة.

تمرين 1: محاكاة دائرة أساسية

واجهة برنامج المحاكاة

• شريط الأدوات: Code، Start Simulation، Send To.
• لوحة المكونات (Components): تحتوي على فئة Basic.

المكونات المتاحة في لوحة Basic

• المقاومة (Resistor): مثال: مقاومة 47 Ω.
• الدايود المشع (LED): مثال: لون أحمر (Red).
• مفتاح الضغط (Pushbutton).
• مقياس الجهد (Potentiometer).
• المكثف (Capacitor).
• مفتاح الانزلاق (Slideswitch).
• بطارية 9 فولت (9V Battery).

مثال دائرة على لوحة التجارب

• توصيل المقاومة بين النقطة (1,f) والنقطة (9,f).
• توصيل الـ LED بين النقطة (9,f) والنقطة (10,f).
• توصيل قضيب الطاقة الموجب (+) بالنقطة (1,f).
• توصيل قضيب الطاقة السالب (-) بالنقطة (10,c).

المكونات الإضافية المذكورة

• 1.5V Battery (بطارية 1.5 فولت)
• Breadboard Small (لوحة توصيل دوائر صغيرة)
• micro:bit (لوحة تطوير صغيرة)
• Arduino Uno R3 (لوحة تطوير)
• Vibration Motor (محرك اهتزاز)
• DC Motor (محرك تيار مستمر)

```

نقاط مهمة

• تحتوي واجهة المحاكاة على شريط أدوات به: Code، Start Simulation، Send To.
• من المكونات المتاحة للاستخدام في التمرين: بطارية 1.5 فولت، لوحة توصيل دوائر صغيرة، لوحة micro:bit، لوحة Arduino Uno R3، محرك اهتزاز، محرك تيار مستمر.
• يمكن ضبط خصائص بطارية 1.5 فولت، مثل: الاسم، العدد (مثال: 1 بطارية أو 2 بطاريات)، النوع (مثال: AA)، ووجود مفتاح مدمج (لا).

Exercise 1

All changes saved

Code

Start Simulation

Send To

Components

Basic

Search

1.5V Battery

Name

1

Count

1 battery

Type

AA

Built-in Switch

no

8

Battery

1.5V Battery

Breadboard Small

micro:bit

Arduino Uno R3

Vibration Motor

DC Motor

9

1.5V Battery

Name

1

Count

2 batteries

Type

AA

Built-in Switch

no

وزارة التعليم

Ministry of Education

2025 - 1447

148

Exercise 1 All changes saved Code Start Simulation Send To Components Basic Search 1.5V Battery Name 1 Count 1 battery Type AA Built-in Switch no 8 Battery 1.5V Battery Breadboard Small micro:bit Arduino Uno R3 Vibration Motor DC Motor 9 1.5V Battery Name 1 Count 2 batteries Type AA Built-in Switch no وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 148 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: Untitled Description: A standard breadboard with red and blue power rails on the sides. Several rows of connection points are visible. Some components are placed on the breadboard, including what appears to be a resistor and some wires. Context: This is a visual representation of a breadboard used for prototyping electronic circuits. **DIAGRAM**: Untitled Description: A 1.5V battery pack containing two AA batteries. The batteries are oriented vertically side-by-side. The label 'AA 1.5V' is visible on each battery. Context: Represents a power source for electronic circuits. **DIAGRAM**: Untitled Description: A 1.5V battery pack containing two AA batteries. The batteries are oriented vertically side-by-side. The label 'AA 1.5V' is visible on each battery. This is a duplicate of visual element 1. Context: Represents a power source for electronic circuits. **DIAGRAM**: Untitled Description: A micro:bit development board, a small programmable computer. Context: A common microcontroller board used for educational purposes in programming and electronics. **DIAGRAM**: Untitled Description: An Arduino Uno R3 development board, a popular microcontroller platform. Context: A widely used microcontroller board for hobbyists and education. **DIAGRAM**: Untitled Description: A small vibration motor, typically used to create haptic feedback. Context: A component that converts electrical energy into mechanical vibration. **DIAGRAM**: Untitled Description: A DC motor, used to convert electrical energy into rotational mechanical energy. Context: A fundamental component for creating motion in electronic projects. **DIAGRAM**: Untitled Description: A smaller version of a breadboard, suitable for simpler circuits. Context: A prototyping tool for electronics.