صفحة 151 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 تمرين 1: محاكاة دائرة أساسية

المفاهيم الأساسية

محاكاة الدوائر الإلكترونية: بيئة برمجية تسمح ببناء واختبار الدوائر الإلكترونية باستخدام مكونات افتراضية قبل التنفيذ الفعلي.

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)

إنشاء دائرة جديدة (شكل 4.25)

الخطوات العملية

• متابعة توصيل مكونات الدائرة.
• بدء محاكاة الدائرة بعد الانتهاء من التوصيل.

استخدام جهاز الملتيميتر

أوضاع جهاز الملتيميتر

• فولتميتر: لقياس فرق الجهد عبر المكونات.
• أميتر: لقياس التيار المار عبر نقاط معينة.
• أوميتر: لقياس قيمة المقاومة بين نقاط معينة.

كيفية تغيير الوضع

• الضغط على الجهاز لفتح لوحة المعاينة واختيار الوضع المطلوب.

لقراءة فرق الجهد (تمرين)

#### الخطوات

وضع بطارية 1.5V من لوحة المكونات.

ضبط عدد البطاريات على 2 للحصول على 3 فولت.

وضع جهاز الملتيميتر في مساحة العمل.

توصيل الدائرة الكهربائية.

الضغط على Start Simulation.

أداة الملاحظات (Notes)

• إضافة تعليقات توضيحية للتصميم من شريط الأدوات الرئيس.
• سحب الأيقونة وإفلاتها في المكان المراد التعليق عليه.

تمرين 1: محاكاة دائرة أساسية (صفحة 151)

واجهة المحاكاة

• عنوان: Exercise 1.
• شريط الحالة: All changes saved.
• أزرار التحكم: Code، Start Simulation، Send To.
• لوحة المكونات (Components): تحتوي على فئة Basic.

مثال تطبيقي في مساحة العمل

• حزمة بطاريات (Battery Pack): تحتوي على بطاريتين من نوع AA (1.5V لكل منهما) موصولة على التوالي.
• جهاز الملتيميتر (Multimeter): تم وضعه وضبطه على وضع قياس الجهد (Voltage).

لوحة المكونات الأساسية (Basic)

#### المكونات الظاهرة:

• 1.5V Battery
• Breadboard Small
• micro:bit
• Arduino Uno R3
• Vibration Motor
• DC Motor
• Micro Servo
• Hobby Gearmotor
• Diode
• Photoresistor
• Soil Moisture Sensor
• Ultrasonic Distance Sensor
• PIR Sensor
• Piezo
• TMP Temperature Sensor [TMP36]
• Multimeter (125.0 mA)

```

نقاط مهمة

• تظهر واجهة المحاكاة في التمرين حزمة بطاريتين (3 فولت) وجهاز ملتيميتر مضبوط على وضع قياس الجهد.
• تحتوي لوحة المكونات الأساسية (Basic) على مجموعة واسعة من المكونات الإلكترونية للاستخدام في المحاكاة، تشمل مصادر طاقة، ومستشعرات، ولوحات تطوير.
• يمكن ضبط خصائص كل مكون (مثل اسم البطارية وعددها ونوعها) من خلال لوحة التهيئة الخاصة به.

This section displays a simulation environment for building electronic circuits. It shows a workspace with a circuit diagram and a panel of available components. The current exercise is labeled 'Exercise 1'. The top bar indicates that all changes are saved and provides options for 'Code', 'Start Simulation', and 'Send To'. A component selection panel is visible on the right, categorized under 'Basic' components. The main workspace shows a battery pack and a multimeter.

The top part of the screen shows the exercise title 'Exercise 1' and simulation controls. A component configuration panel is displayed on the left, showing details for a '1.5V Battery'. The selected battery is configured with Name '1', Count '2 batteries', Type 'AA', and Built-in Switch 'no'. A visual representation of the battery pack is present in the main workspace.

The right side of the screen displays a list of available electronic components under the 'Basic' category. Components shown include: 1.5V Battery, Breadboard Small, micro:bit, Arduino Uno R3, Vibration Motor, DC Motor, Micro Servo, Hobby Gearmotor.

The second image shows a continuation of the simulation environment, also labeled 'Exercise 1'. The main workspace now displays a battery pack and a multimeter. A component configuration panel on the left shows details for a 'Multimeter' with Name '2' and Mode 'Voltage'. The multimeter is visually represented in the workspace.

The right side of the screen in the second image shows a list of available electronic components. Components shown include: Diode, Photoresistor, Soil Moisture Sensor, Ultrasonic Distance Sensor, PIR Sensor, Piezo, TMP Temperature Sensor [TMP36], and another Multimeter labeled '125.0 mA'.

At the bottom left of the second image, there is a logo and text indicating 'Ministry of Education' and the academic year '2025 - 1447'.

This section displays a simulation environment for building electronic circuits. It shows a workspace with a circuit diagram and a panel of available components. The current exercise is labeled 'Exercise 1'. The top bar indicates that all changes are saved and provides options for 'Code', 'Start Simulation', and 'Send To'. A component selection panel is visible on the right, categorized under 'Basic' components. The main workspace shows a battery pack and a multimeter. The top part of the screen shows the exercise title 'Exercise 1' and simulation controls. A component configuration panel is displayed on the left, showing details for a '1.5V Battery'. The selected battery is configured with Name '1', Count '2 batteries', Type 'AA', and Built-in Switch 'no'. A visual representation of the battery pack is present in the main workspace. The right side of the screen displays a list of available electronic components under the 'Basic' category. Components shown include: 1.5V Battery, Breadboard Small, micro:bit, Arduino Uno R3, Vibration Motor, DC Motor, Micro Servo, Hobby Gearmotor. The second image shows a continuation of the simulation environment, also labeled 'Exercise 1'. The main workspace now displays a battery pack and a multimeter. A component configuration panel on the left shows details for a 'Multimeter' with Name '2' and Mode 'Voltage'. The multimeter is visually represented in the workspace. The right side of the screen in the second image shows a list of available electronic components. Components shown include: Diode, Photoresistor, Soil Moisture Sensor, Ultrasonic Distance Sensor, PIR Sensor, Piezo, TMP Temperature Sensor [TMP36], and another Multimeter labeled '125.0 mA'. At the bottom left of the second image, there is a logo and text indicating 'Ministry of Education' and the academic year '2025 - 1447'. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: Untitled Description: A battery pack containing two AA batteries, each labeled 'AA 1.5V'. The batteries are oriented in series. Context: Represents a power source for electronic circuits in the simulation. **DIAGRAM**: Components Description: A panel displaying various electronic components available for use in the simulation. Components are categorized and searchable. Data: Lists components like 1.5V Battery, Breadboard Small, micro:bit, Arduino Uno R3, Vibration Motor, DC Motor, Micro Servo, Hobby Gearmotor. Context: Provides the building blocks for creating electronic circuits within the simulation environment. **DIAGRAM**: Multimeter Description: Configuration panel for a multimeter. It has fields for 'Name' (set to '2') and 'Mode' (set to 'Voltage'). Context: Allows configuration of the multimeter component for circuit simulation. **DIAGRAM**: Components Description: A panel displaying various electronic components available for use in the simulation. Components are categorized and searchable. Data: Lists components like Diode, Photoresistor, Soil Moisture Sensor, Ultrasonic Distance Sensor, PIR Sensor, Piezo, TMP Temperature Sensor [TMP36], and Multimeter (125.0 mA). Context: Provides the building blocks for creating electronic circuits within the simulation environment.