تعلّم الإلكترونيات من الصفر

دروس وأدلة مجانية تغطي المنطق الرقمي والدوائر التناظرية والإلكترونيات العملية. ابنِ دوائر حقيقية أثناء التعلّم.

البدء مع Open Circuits

هل أنت جديد على محاكاة الدوائر؟ إليك كيفية البدء في أقل من دقيقة:

أنشئ حساباً مجانياً

سجّل باستخدام بريدك الإلكتروني أو حساب Google. لا حاجة لبطاقة ائتمان. يتم حفظ دوائرك تلقائياً في السحابة.

افتح محرر الدوائر

انقر على "المحرر" في شريط التنقل. سترى لوحة فارغة مع لوحة مكوّنات على الجانب الأيسر. المكوّنات مرتبة في فئات: بوابات منطقية، إدخال/إخراج، تناظري، والمزيد.

ضع المكوّنات وارسم الأسلاك

انقر على مكوّن في اللوحة لتحديده، ثم انقر على اللوحة لوضعه. انقر واسحب بين دبابيس المكوّنات لرسم الأسلاك. تعمل المحاكاة تلقائياً — بدّل المفاتيح وشاهد المخرجات تتغير في الوقت الفعلي.

أساسيات المنطق الرقمي

تعمل الدوائر الرقمية بمستويين من الجهد يمثلان الرقم الثنائي 1 (مرتفع) و 0 (منخفض). بدمج البوابات المنطقية، يمكنك بناء دوائر تنفذ أي عملية حسابية يمكن للحاسوب القيام بها.

البوابات المنطقية: اللبنات الأساسية

كل دائرة رقمية مبنية من مجموعة صغيرة من البوابات الأساسية. بوابة AND تخرج مرتفع فقط عندما تكون جميع المداخل مرتفعة. بوابة OR تخرج مرتفع عندما يكون أي مدخل مرتفعاً. بوابة NOT (العاكس) تقلب الإشارة: المرتفع يصبح منخفضاً والعكس.

من هذه البوابات الثلاث الأساسية، يمكنك اشتقاق جميع البوابات الأخرى: NAND (عكس AND)، NOR (عكس OR)، XOR (OR الحصري — مرتفع عندما تختلف المداخل)، و XNOR (NOR الحصري — مرتفع عندما تتطابق المداخل). في الواقع، بوابات NAND وحدها كافية لبناء أي دائرة رقمية، ولذلك تُسمى "البوابات الشاملة".

الدوائر التوافقية

الدوائر التوافقية تنتج مخرجات تعتمد فقط على المداخل الحالية (بدون ذاكرة). من الأمثلة الشائعة:

• نصف الجامع — يجمع رقمين أحاديي البت، وينتج مجموعاً ومخرج حمل. يُبنى ببوابة XOR وبوابة AND.
• الجامع الكامل — يجمع ثلاثة بتات (مدخلان بالإضافة إلى حمل الدخول). اربط عدة جوامع كاملة لبناء جامع حمل متتالي لجمع متعدد البتات.
• المعدد (MUX) — يختار أحد المداخل المتعددة بناءً على خطوط الاختيار. معدد 4 إلى 1 يستخدم بتّي اختيار للاختيار من بين 4 مداخل بيانات.
• مفكك التشفير — يحوّل رمزاً ثنائياً إلى أحد المخرجات المتعددة. مفكك تشفير 3 إلى 8 ينشّط بالضبط واحداً من 8 خطوط إخراج بناءً على مدخل 3 بتات.

الدوائر التسلسلية والذاكرة

الدوائر التسلسلية لديها ذاكرة — مخرجاتها تعتمد على كل من المداخل الحالية والحالات السابقة. اللبنة الأساسية هي القلاب:

• قلاب SR — أبسط عنصر ذاكرة. التعيين (S) يخزّن 1، إعادة التعيين (R) يخزّن 0.
• قلاب D — يلتقط قيمة المدخل (D) عند حافة نبضة الساعة. يُستخدم في السجلات والعدادات.
• قلاب JK — قلاب متعدد الاستخدامات يمكنه التعيين وإعادة التعيين والتبديل أو الاحتفاظ بحالته.
• قلاب T — يبدّل مخرجه عند كل نبضة ساعة عندما T=1. يُستخدم لبناء العدادات الثنائية.

بتوصيل القلابات معاً، يمكنك بناء العدادات وسجلات الإزاحة وآلات الحالة المحدودة — أساس جميع معالجات الحاسوب.

أساسيات الدوائر التناظرية

تتعامل الدوائر التناظرية مع قيم جهد وتيار مستمرة. فهم الإلكترونيات التناظرية ضروري لتصميم مصادر الطاقة ومعالجة الإشارات وواجهات الحساسات والأنظمة الصوتية.

قانون أوم ودوائر المقاومات

قانون أوم (V = I × R) هو أساس كل تحليل للدوائر. الجهد (V) يساوي التيار (I) مضروباً في المقاومة (R). في Open Circuits، يمكنك وضع مقاومة بين مصدر جهد والأرضي، ثم استخدام مسابر الجهد/التيار للتحقق من قانون أوم مباشرة.

ينص قانون كيرشوف للجهد (KVL) على أن مجموع جميع الجهود حول حلقة مغلقة يساوي صفراً. وينص قانون كيرشوف للتيار (KCL) على أن مجموع التيارات الداخلة إلى عقدة يساوي مجموع التيارات الخارجة. هذه القوانين هي أساس خوارزمية تحليل العقد المعدّل (MNA) التي تشغّل محاكي Open Circuits التناظري.

مقسّمات الجهد

يستخدم مقسّم الجهد مقاومتين على التوالي لإنتاج جهد خرج يمثل جزءاً من جهد الدخل. جهد الخرج هو: Vout = Vin × R2 / (R1 + R2). تُستخدم مقسّمات الجهد في كل مكان: ضبط الجهود المرجعية، قراءة الحساسات، انحياز دوائر الترانزستور، وإنشاء نطاقات دخل المحوّل التناظري-الرقمي.

الديودات و LED

يسمح الديود بمرور التيار في اتجاه واحد فقط. يتطلب حداً أدنى من الجهد الأمامي (حوالي 0.7 فولت للسيليكون، 1.8-3.3 فولت لـ LED) للتوصيل. LED (الديود الباعث للضوء) هو ديود يبعث الضوء عند انحيازه أمامياً. استخدم دائماً مقاومة تحديد تيار مع LED لمنع الاحتراق.

في Open Circuits، تضيء LED بصرياً عند مرور تيار كافٍ خلالها، مما يسهّل رؤية الأجزاء النشطة في دائرتك.

الترانزستورات كمفاتيح

يمكن لترانزستور الوصلة ثنائي القطب (BJT) أن يعمل كمفتاح إلكتروني. ترانزستور NPN يعمل عند مرور تيار صغير إلى قاعدته، مما يسمح بمرور تيار أكبر من المجمّع إلى الباعث. ترانزستور PNP يعمل بالعكس — يعمل عند سحب القاعدة إلى مستوى منخفض بالنسبة للباعث.

تُستخدم مفاتيح الترانزستور للتحكم في LED والمحركات والمرحلات والأحمال الأخرى من إشارات منطقية منخفضة الطاقة. يحاكي Open Circuits ترانزستورات NPN و PNP بكسب واقعي (بيتا) وسلوك تشبع.

المضخمات العملياتية

op-amp هو مضخم تفاضلي عالي الكسب. في Open Circuits، يمكنك بناء دوائر op-amp الكلاسيكية:

• مضخم عاكس — الكسب = -Rf/Rin
• مضخم غير عاكس — الكسب = 1 + Rf/Rin
• تابع الجهد (المخزن المؤقت) — كسب أحادي، معاوقة دخل عالية
• مضخم جامع — يجمع جهود دخل متعددة
• مقارن — يخرج مرتفع أو منخفض بناءً على أي مدخل أكبر

نصائح لبناء الدوائر

• أضف دائماً أرضياً. كل دائرة تناظرية تحتاج مرجع أرضي. بدونه، لا يستطيع المحاكي تحديد مستويات الجهد المطلقة.
• استخدم أسلاكاً ملوّنة. يدعم Open Circuits ألوان أسلاك متعددة. استخدم الأحمر للطاقة والأسود للأرضي وألواناً أخرى للإشارات للحفاظ على وضوح دوائرك.
• تحقق من رسوم تدفق التيار المتحركة. النقاط المتحركة على الأسلاك تُظهر اتجاه التيار ومقداره. إذا لم تتحرك النقاط، تحقق من التوصيلات.
• احفظ الإصدارات. قبل إجراء تغييرات كبيرة، احفظ إصداراً. يمكنك دائماً العودة إلى إصدار سابق إذا حدث خطأ.
• انسخ من المكتبة. لا تبدأ من الصفر — تصفّح مكتبة الدوائر للتصاميم المرجعية وانسخها إلى مساحة عملك.

ابدأ ببناء أول دائرة لك

طبّق ما تعلمته. افتح المحرر وابدأ التجربة.