صفحة 225 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 4: لماذا استُخدمت الدالتان pins.analog_read_pin و pins.analog_write_pin في الدائرة السابقة عوضًا عن الدالتين pins.digital_read_pin و pins.digital_write_pin؟

الإجابة: س 4: لأن الدائرة تتعامل مع إشارات تناظرية (Analog) قيمها ليست فقط (0 أو 1)، مثل قراءة قيمة متغيرة. كذلك خرج analog_wr ite_pin يعطي تحكمًا تدريجيًا (PWM) لتغيير شدة الحمل، بينما الرقمية تعطي فقط تشغيل/ إيقاف.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال، علينا أولاً أن نفرق بين الإشارات الرقمية (Digital) والإشارات التناظرية (Analog). الإشارات الرقمية لها قيمتان فقط: تشغيل (1) أو إيقاف (0). أما الإشارات التناظرية فلها مجموعة مستمرة من القيم بين الحد الأدنى والحد الأقصى، مثل قيم الجهد المتغيرة. الدالتان pins.digital_read_pin و pins.digital_write_pin تتعاملان فقط مع هاتين القيمتين (0 أو 1). في المقابل، الدالتان pins.analog_read_pin و pins.analog_write_pin تتعاملان مع نطاق واسع من القيم. على سبيل المثال، يمكن لـ analog_read_pin قراءة قيمة متغيرة من مستشعر (مثل مستشعر ضوء أو حرارة) بدقة. وبالمثل، يمكن لـ analog_write_pin إخراج إشارة تتحكم في شدة شيء ما تدريجياً، مثل تغيير سطوع مصباح أو سرعة محرك، باستخدام تقنية تسمى تعديل عرض النبضة (PWM). إذن، إذا كانت الدائرة السابقة تتعامل مع إشارات قيمتها ليست مجرد 0 أو 1، بل قيم متغيرة، أو إذا كانت تحتاج إلى تحكم تدريجي في الخرج، فهذا هو السبب في استخدام الدوال التناظرية عوضاً عن الرقمية.

سؤال 5: ما الغرض من استخدام ترانزستورات من نوع NPN في الدائرة الإلكترونية؟ ثم صِف طريقة عملها.

الإجابة: س 5: الغرض هو استخدامه كمفتاح إلكتروني ومُكبّر تيار لتمكين المتحكم من تشغيل حمل يحتاج تيارًا أكبر. طريقة عمله: يوصل الباعث بالأرضي، والمجمع بالحمل، وعند وصول إشارة للقاعدة يمر التيار ويعمل الحمل.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن الترانزستور هو مكون إلكتروني يمكن استخدامه كمفتاح (Switch) أو كمكبر (Amplifier). النوع NPN هو أحد أنواع الترانزستور ثنائي القطب (BJT).
2. **الخطوة 2 (الغرض والتطبيق):** في الدوائر الإلكترونية، غالباً ما يكون الغرض من استخدام ترانزستور NPN هو تمكين دائرة تحكم صغيرة (مثل المتحكم الدقيق) من تشغيل حمل يحتاج إلى تيار أكبر مما تستطيع دائرة التحكم توفيره. فهو يعمل كمفتاح إلكتروني: بإشارة صغيرة عند طرفه (القاعدة)، يمكنه التحكم في مرور تيار كبير بين طرفيه الآخرين (المجمع والباعث). كما يمكنه تكبير التيار.
3. **الخطوة 3 (طريقة العمل والنتيجة):** طريقة عمله: 1. يُوصل طرف الباعث (Emitter) عادةً بالأرضي (GND). 2. يُوصل طرف المجمع (Collector) بالحمل (مثل محرك أو مصباح)، والذي بدوره موصول بمصدر الجهد. 3. عندما تصل إشارة كهربائية صغيرة (جهد) إلى طرف القاعدة (Base)، فإنها تسمح بمرور تيار كبير من المجمع إلى الباعث. 4. مرور هذا التيار الكبير هو ما يجعل الحمل (المحرك أو المصباح) يعمل. إذن، باختصار، الغرض هو استخدامه **كمفتاح إلكتروني ومكبر تيار**، وطريقة عمله تعتمد على التحكم في مرور تيار كبير بين المجمع والباعث بواسطة إشارة صغيرة عند القاعدة.

في دائرة إلكترونية، متى يجب استخدام الدالتين pins.analog_read_pin و pins.analog_write_pin بدلاً من الدالتين الرقميتين pins.digital_read_pin و pins.digital_write_pin؟

• أ) عندما تكون سرعة المعالجة في المتحكم الدقيق هي الأولوية القصوى.
• ب) عند التعامل مع إشارات تناظرية (Analog) ذات قيم متغيرة (ليست فقط 0 أو 1) أو عند الحاجة إلى تحكم تدريجي (PWM) في شدة الحمل.
• ج) عندما يكون الحمل المراد تشغيله يعمل بجهد تيار مستمر (DC) فقط.
• د) عندما تكون الدائرة تحتوي على عدد قليل جداً من المكونات الإلكترونية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: عند التعامل مع إشارات تناظرية (Analog) ذات قيم متغيرة (ليست فقط 0 أو 1) أو عند الحاجة إلى تحكم تدريجي (PWM) في شدة الحمل.

الشرح: 1. الإشارات الرقمية لها قيمتان فقط: 0 أو 1 (تشغيل/إيقاف). 2. الإشارات التناظرية لها نطاق مستمر من القيم (مثل قيم الجهد المتغيرة من مستشعر). 3. الدوال التناظرية تتعامل مع هذا النطاق المستمر، مما يسمح بقراءة قيم دقيقة من مستشعرات أو التحكم التدريجي في الحمل باستخدام PWM.

تلميح: فكر في نوع الإشارة التي يقرأها المستشعر أو يتحكم فيها الخرج.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

ما الغرض الأساسي من استخدام ترانزستور من نوع NPN في دائرة إلكترونية مرتبطة بمتحكم دقيق؟

• أ) لتحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر (DC) لتشغيل المتحكم.
• ب) لعزل دائرة المتحكم الدقيق عن مصدر الطاقة الرئيسي لأسباب أمان.
• ج) ليعمل كمفتاح إلكتروني ومكبر للتيار، مما يمكن المتحكم الدقيق (الذي يوفر تياراً صغيراً) من تشغيل حمل يحتاج إلى تيار أكبر.
• د) لتنظيم الجهد الداخل إلى المتحكم الدقيق ليكون ثابتاً تماماً.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: ليعمل كمفتاح إلكتروني ومكبر للتيار، مما يمكن المتحكم الدقيق (الذي يوفر تياراً صغيراً) من تشغيل حمل يحتاج إلى تيار أكبر.

الشرح: 1. المتحكمات الدقيقة تنتج إشارات تحكم بتيار وجهد منخفضين. 2. العديد من الأحمال (مثل المحركات والمصابيح) تحتاج تياراً أكبر للعمل. 3. الترانزستور NPN يستقبل إشارة تحكم صغيرة عند قاعدته ليفتح مساراً لتيار كبير بين مجمعه وباعقه، وبذلك يعمل كمفتاح ومكبر.

تلميح: فكر في الفرق بين قدرة خرج المتحكم الدقيق واحتياجات الحمل (مثل محرك أو مصباح).

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

في ترانزستور NPN المستخدم كمفتاح، ما هي طريقة عمله الأساسية عند توصيله بالدائرة؟

• أ) يوصل المجمع بالأرضي، وعند وصول إشارة للباعث، يمر تيار من القاعدة إلى المجمع.
• ب) يوصل القاعدة بمصدر الجهد الرئيسي، وعند فصل الباعث، يعمل الحمل.
• ج) يوصل الباعث (Emitter) بالأرضي (GND)، والمجمع (Collector) بالحمل. عند وصول إشارة كهربائية (جهد) صغيرة إلى القاعدة (Base)، يسمح بمرور تيار كبير من المجمع إلى الباعث، مما يشغل الحمل.
• د) يعمل تلقائياً على تقليل الجهد المار عبر الحمل لحمايته من التلف.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يوصل الباعث (Emitter) بالأرضي (GND)، والمجمع (Collector) بالحمل. عند وصول إشارة كهربائية (جهد) صغيرة إلى القاعدة (Base)، يسمح بمرور تيار كبير من المجمع إلى الباعث، مما يشغل الحمل.

الشرح: 1. التوصيل: الباعث → الأرضي (GND). المجمع → الحمل → مصدر الجهد. 2. التحكم: إشارة التحكم الصغيرة من المتحكم تصل إلى قاعدة الترانزستور. 3. التشغيل: هذه الإشارة تفتح مسار التيار بين المجمع والباعث. 4. النتيجة: مرور التيار الكبير يشغل الحمل (محرك، مصباح، إلخ).

تلميح: تذكر أطراف الترانزستور الثلاثة: الباعث، المجمع، والقاعدة. وأي طرف يتحكم في التشغيل.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب