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:
1. خواص المقاومة Resistive Properties
2. الخواص السعوية Capacitive Properties
3. الخواص التحريضية Inductive Properties
4. 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).
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.
2-العناصر الإلكترونية الخطية واللاخطية
تحدثنا في بداية المقال عن الخواص الكهربائية للمواد، وهي خاصية المقاومة، وخاصية السعة، وخاصية التحريض، والخواص نصف الناقلة. الآن يجب أن نسلط الضوء على المحددات الأساسية للدارات الكهربائية، وهي: الجهد، التيار، الاستطاعة.
عند دراسة أي دارة، فهنالك علاقة أساسية تربط ما بين الجهد والتيار (سواء كان مستمر أو متناوب) وهي علاقة قانون أوم الشهيرة، والتي يمكن عبرها أيضاً استنتاج قيمة الاستطاعة الكهربائية في الدارة (أو جزءٍ منها).
الفكرة هنا، أن العناصر الإلكترونية الخطية هي العناصر التي تحافظ على علاقة تناسب طردي بين الجهد والتيار، وذلك عند مرور تيار كهربائي ضمنها، بينما العناصر اللاخطية، فهي العناصر التي يتغير فيها الجهد والتيار وفقاً لعلاقة لاخطية، كعلاقة أسية أو لوغاريتيمة.
كمثال: فإن المقاومة الكهربائية عبارة عن عنصر إلكتروني غير فعال وخطي. فهي غير فعالة لأنها تقوم باستهلاك جزء من الجهد الكلي للدارة، وهي خطية لأن العلاقة التي تربط بين الجهد والتيار عبرها عبارة عن علاقة تناسب طردي، بمعامل تناسب هو قيمة المقاومة نفسها (R)، وتكتب هذه العلاقة وفقاً لقانون أوم كما يلي:
V = IxR
فالجهد الكهربائي (V) عبارة عن حاصل جداء المقاومة (R) بالتيار (I). وفي حال مصدر تغذية ذو جهدٍ كهربائي ثابت، فإن زيادة قيمة المقاومة ستؤدي إلى تناقص قيمة التيار، وتناقص قيمة المقاومة ستؤدي إلى زيادة قيمة التيار المار عبرها. رسم العلاقة بين الجهد والتيار في مثل هكذا دارة كهربائية بسيطة، سيكون له شكل خط مستقيم متزايد طردياً، وميل هذا المنحني عبارة عن قيمة المقاومة الكهربائية (R).
كمثال آخر: لو أخذنا دارةٍ كهربائية تتألف من ديود (عنصر كهربائي فعال) ومقاومة على التسلسل مع منبع جهد (بطارية)، وإذا قمنا برسم العلاقة بين الجهد والتيار المار عبر الديود، فإنه سيأخذ شكل خط متزايد بشكلٍ أسي، ولن يكون له شكل خط مستقيم متزايد بشكلٍ طردي، وهذا يعني أن الديود عبارة عن عنصر إلكتروني لاخطي.
بشكلٍ عام، فإن كافة العناصر الإلكترونية غير الفعالة عبارة عن عناصر خطية، بينما ينظر للعناصر الإلكترونية الفعالة على أنها عناصر لاخطية.
