منبع تغذیه: قلب تپندهٔ مدارهای الکترونیکی
انواع منابع تغذیه: از باتری تا پاوربانک
منابع تغذیه را میتوان بر اساس نحوهٔ کار و کاربردشان به چند دستهٔ اصلی تقسیم کرد. این دستهبندی به ما کمک میکند تا بهتر بفهمیم هر وسیلهای از چه نوع منبعی استفاده میکند.
| نوع منبع | اصل کار | مثالهای ملموس | ولتاژ خروجی معمول |
|---|---|---|---|
| منابع خطی3 | تبدیل ولتاژ AC به DC با ترانسفورماتور و یکسوسازی ساده. گرمای زیادی تولید میکنند. | آداپتور قدیمی رادیو، شارژر قدیمی تلفن ثابت | 3V, 6V, 9V, 12V DC |
| منابع سوئیچینگ (SMPS) | تبدیل ولتاژ با قطع و وصل سریع (سوئیچ) و با بازدهی بسیار بالا. اندازهٔ کوچکتری دارند. | شارژر لپتاپ، منبع تغذیهٔ کامپیوتر (پاور) ، آداپتور مودم | 5V, 12V, 19V DC |
| باتریها | ذخیرهسازی انرژی شیمیایی و آزاد کردن آن به صورت انرژی الکتریکی. | باتری قلمی، باتری لپتاپ، باتری خودرو، پاوربانک | 1.5V, 3.7V, 12V DC |
| منبع تغذیهٔ آزمایشگاه (بِنچ) | وسیلۀ قابل تنظیم که ولتاژ و جریان خروجی آن توسط کاربر انتخاب میشود. | در کارگاههای الکترونیک و مدارهای آزمایشی مدرسه استفاده میشود. | 0-30V DC قابل تنظیم |
مثلاً وقتی از پاوربانک برای شارژ گوشی خود استفاده میکنید، در واقع یک منبع تغذیهٔ قابل حمل مبتنی بر باتری را به کار گرفتهاید. یا زمانی که شارژر لپتاپ را به پریز وصل میکنید، یک منبع سوئیچینگ، برق متناوب شهری را به برق مستقیم و با ولتاژ مناسب لپتاپ (مثلاً 19V) تبدیل میکند.
ولتاژ و جریان: دو پارامتر حیاتی
برای درک بهتر منبع تغذیه، باید با دو مفهوم کلیدی آشنا شویم: ولتاژ4 و جریان5. ولتاژ مانند نیروی محرکه یا فشار الکتریکی است که باعث حرکت بارها (الکترونها) میشود. جریان نیز مقدار بار الکتریکی است که در واحد زمان از یک نقطه عبور میکند.
$ P = V \times I $
در این فرمول، P توان بر حسب وات6، V ولتاژ بر حسب ولت7 و I جریان بر حسب آمپر8 است.
مثال: روی آداپتور یک تبلت نوشته شده: خروجی 5V و 2A. یعنی این منبع تغذیه باید توانی معادل $ P = 5 \times 2 = 10W $ (ده وات) را تأمین کند. اگر از آداپتوری با جریان کمتر (مثلاً 1A) استفاده کنید، ممکن است تبلت خیلی آهسته شارژ شود یا اصلاً شارژ نشود.
انتخاب صحیح و اصول ایمنی در استفاده
همیشه باید منبع تغذیهای را انتخاب کرد که ولتاژ خروجی آن دقیقاً با ولتاژ مورد نیاز وسیله یکی باشد. اما جریان خروجی منبع میتواند مساوی یا بیشتر از جریان مورد نیاز وسیله باشد. منبع، فقط به اندازهای که مدار نیاز دارد جریان میدهد. استفاده از منبع با جریان بالاتر ایمن است اما استفاده از منبع با جریان پایینتر خطرناک و میتواند به منبع یا وسیله آسیب برساند.
یک مثال روزمره: فرض کنید برای یک پروژهٔ مدرسه، یک موتور کوچک الکتریکی دارید که روی آن نوشته 3V. شما میتوانید برای تغذیهٔ آن از دو باتری قلمی (1.5V هرکدام) که به صورت سری به هم وصل شدهاند (جمع ولتاژ = 3V) استفاده کنید. اگر به اشتباه از سه باتری (4.5V) استفاده کنید، ولتاژ بیش از حد به موتور آسیب میزند.
هنگام کار با برق شهری (220V AC) حتماً باید احتیاط کرد. هیچگاه سیمهای یک آداپتور خراب را با چسب برق تعمیر نکنید. همیشه قبل از اتصال منبع تغذیه به مدار، از صحت اتصالات و پلاریته (+ و -) مطمئن شوید.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: بله، معمولاً بلامانع است. گوشی فقط به اندازهای که مدار شارژ آن طراحی شده، جریان میکشد. شارژر با آمپر بالاتر (مثلاً 2A به جای 1A) ظرفیت بیشتری دارد و اگر گوشی از فناوری شارژ سریع پشتیبانی کند، میتواند سریعتر شارژ شود. اما ولتاژ حتماً باید یکسان باشد.
پاسخ: منابع خطی برای کاهش ولتاژ از قطعاتی مانند ترانسفورماتور و تنظیمکنندههای ولتاژ خطی استفاده میکنند که بخشی از انرژی الکتریکی اضافی را به صورت گرما تلف میکنند. به همین دلیل بازده پایینتری دارند و گرمای زیادی تولید میکنند. در مقابل، منابع سوئیچینگ تلفات حرارتی بسیار کمتری دارند.
پاسخ: برق متناوب (AC) جهت و مقدارش به طور متناوب تغییر میکند (مانند برق پریز دیوار). برق مستقیم (DC) جهت و مقدار ثابتی دارد (مانند باتری). بیشتر قطعات الکترونیکی مانند تراشهها، آیسیها، الایدیها و ... برای کارکرد صحیح به یک ولتاژ ثابت و جهت ثابت نیاز دارند، بنابراین باید از برق DC استفاده کنند. وظیفهٔ اصلی بسیاری از منابع تغذیه، تبدیل AC شهری به DC با ولتاژ پایین است.
پاورقی
1 منبع تغذیه (Power Supply): وسیلهای که انرژی الکتریکی را از یک منبع (مانند پریز برق یا باتری) دریافت کرده و آن را به شکل، ولتاژ و جریان مناسب برای مصرفکننده (بار) تبدیل میکند.
2 سوئیچینگ (Switching): در منابع تغذیه به روشی گفته میشود که در آن، یک ترانزیستور با فرکانس بالا روشن و خاموش (سوئیچ) میشود تا ولتاژ کنترل شود. به این منابع SMPS نیز گفته میشود.
3 منابع خطی (Linear Power Supplies): نوعی از منابع تغذیه که برای کاهش ولتاژ از قطعاتی مانند ترانزیستور در ناحیهٔ کاری خطی استفاده میکنند و تلفات حرارتی بالایی دارند.
4 ولتاژ (Voltage): اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه که با واحد ولت (V) اندازهگیری میشود.
5 جریان (Current): نرخ شارش بار الکتریکی در یک نقطه که با واحد آمپر (A) اندازهگیری میشود.
6 وات (Watt): واحد اندازهگیری توان.
7 ولت (Volt): واحد اندازهگیری ولتاژ.
8 آمپر (Ampere): واحد اندازهگیری جریان الکتریکی.
