ما هي نظرية ثفنن؟

مفهوم نظرية ثفنن:

نظرية (Thevenin هي طريقة تحليلية؛ تستخدم لتغيير دائرة معقدة إلى دائرة مكافئة بسيطة، تتكون من مقاومة واحدة في سلسلة بجهد مصدر، تنص نظرية (Thevenin) على أنه “يمكن استبدال أي دائرة خطية تحتوي على العديد من الفولتية والمقاومة بجهد واحد فقط في سلسلة بمقاومة واحدة متصلة عبر الحمل”.

وبعبارة أخرى، من الممكن تبسيط أي دائرة كهربائية بغض النظر عن مدى تعقيدها إلى دائرة مكافئة ذات طرفين مع مصدر جهد ثابت واحد فقط في سلسلة مع مقاومة (أو ممانعة) متصلة بحمل، حيث تعتبر نظرية (Thevenin) مفيدة بشكل خاص في تحليل الدائرة لأنظمة الطاقة أو البطاريات وغيرها من دوائر المقاومة المترابطة، حيث سيكون لها تأثير على الجزء المجاور من الدائرة.

بقدر ما يتعلق الأمر بمقاوم الحمل RL، يمكن استبدال أي شبكة معقدة “أحادية المنفذ” تتكون من عناصر دارة مقاومة متعددة ومصادر طاقة بمقاومة واحدة مكافئة واحدة Rs و جهد واحد مكافئ واحد مقابل، حيث Rs هي قيمة مقاومة المصدر التي تعود إلى الدائرة و Vs هي جهد الدائرة المفتوحة في المحطات.

شبكة المقاوم ثفنن:

أولاً لتحليل الدائرة يتعين علينا إزالة المقاوم المركزي المتصل عبرالنقاط، وإزالة أي مقاومة داخلية مرتبطة بمصدر (مصادر) الجهد، إذ يتم ذلك عن طريق تقصير جميع مصادر الجهد المتصلة بالدائرة أي( v = 0)، أو فتح الدائرة لأي مصادر تيار متصلة تجعل( i = 0)؛ والسبب في ذلك هو أننا نريد الحصول على مصدر جهد مثالي أو نموذج مثالي المصدر الحالي لتحليل الدائرة.

يتم العثور على قيمة المقاومة المكافئة Rs من خلال حساب المقاومة الإجمالية بالنظر إلى الوراء من جميع النقاط مع اختصار جميع مصادر الجهد، ثم نحصل على الدائرة النهائية المختصرة، كما يُعرَّف الجهد V على أنه إجمالي الجهد عبر جميع النقاط عندما تكون هناك دائرة مفتوحة بينهما، وهذا بدون تحميل المقاوم RL متصل.

يمكن استخدام نظرية (Thevenin) كنوع آخر من طرق تحليل الدارات، وهي مفيدة بشكل خاص في تحليل الدوائر المعقدة التي تتكون من واحد أو أكثر من الجهد أو مصدر التيار والمقاومات التي يتم ترتيبها في التوصيلات المتوازية والمتسلسلة المعتادة.

بينما يمكن وصف نظرية دارة (Thevenin) رياضيًا من حيث التيار والجهد فهي ليست قوية مثل: تحليل تيار الشبكة أو تحليل الجهد العقدي في الشبكات الأكبر؛ لأن استخدام التحليل الشبكي أو التحليل العقدي ضروري عادةً في أي تمرين (Thevenin)، لذلك قد يكون فضلا عن استخدامها منذ البداية ومع ذلك، فإن الدوائر المكافئة لـ (Thevenin)من الترانزستورات ومصادر الجهد مثل البطاريات وغيرها، مفيدة جدًا في تصميم الدوائر.

خطوات تنفيذ نظرية ثفنن:

إن نظرية (Thevenin) هي نوع آخر من أدوات تحليل الدوائر التي يمكن استخدامها لتقليل أي شبكة كهربائية معقدة إلى دائرة بسيطة تتكون من مصدر جهد واحد V متسلسلة بمقاوم واحد Rs، وعند النظر إلى جميع نقاط الدائرة، فإن هذه الدائرة المفردة تتصرف تمامًا بنفس الطريقة الكهربائية مثل الدائرة المعقدة التي تحل محلها، وتستخدم هذه هي العلاقات( i-v) في حل الدائرة باستخدام نظريةThevenin

حيث يتم الإجراء الأساسي كما يلي:

• نقوم بإزالة المقاوم للحمل RL أو المكون المعني.
  
• البحث عن RS عن طريق تقصير جميع مصادر الجهد أو عن طريق فتح دائرة لجميع المصادر الحالية.
  
• البحث عن VS بالطرق المعتادة لتحليل الدائرة.
  
• البحث عن التيار المتدفق من خلال المقاوم للحمل RL.
  

الوحدات القياسية للقياس الكهربائي:

الوحدات المستخدمة للتعبير عن الجهد والتيار والمقاومة هي فولت [V] وأمبير [A] وأوم [Ω] على التوالي، حيث تعتمد وحدات القياس الكهربائية هذه على النظام الدولي (المتري)، المعروف أيضًا باسم نظام SI مع وحدات كهربائية أخرى شائعة الاستخدام مشتقة من وحدات SI الأساسية.

في بعض الأحيان، من الضروري في الدوائر والأنظمة الكهربائية أو الإلكترونية استخدام المضاعفات أو المضاعفات الفرعية (الكسور) لوحدات القياس الكهربائية القياسية، عندما تكون الكميات التي يتم قياسها كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا.

للتحويل من بادئة إلى أخرى من الضروري إما الضرب أو القسمة على الفرق بين القيمتين، على سبيل المثال عند تحويل 1 ميجا هرتز إلى كيلو هرتز، أن 1 ميجا هرتز يساوي مليون (1،000،000) هرتز وأن 1 كيلو هرتز يساوي ألف (1،000) هرتز، لذا فإن 1 ميجا هرتز أكبر بألف مرة من 1 كيلو هرتز.

لتحويل ميجا هرتز إلى كيلو هرتز نحتاج إلى مضاعفة ميغاهرتز في ألف، لأن 1 ميجا هرتز يساوي 1000 كيلو هرتز وبالمثل، إذا احتجنا إلى تحويل الكيلو هرتز إلى ميغا هرتز فسنحتاج إلى القسمة على ألف، أن الطريقة الأسهل والأسرع هي تحريك الفاصلة العشرية إما لليسار أو لليمين اعتمادًا على ما إذا كنت بحاجة إلى الضرب أو القسمة.

في الهندسة الكهربائية للدلالة على القيم والكميات الأخرى مثل:

• الواط، مقدار الطاقة الكهربائية التي تستهلكها الدائرة خلال فترة زمنية على سبيل المثال، يستهلك المصباح الكهربائي مائة واط من الطاقة الكهربائية لمدة ساعة واحدة، ويستخدم بشكل شائع في شكل: واط (واط / ساعة)، كيلو واط / ساعة (كيلو واط / ساعة) أي 1000 واط / ساعة أو ميجا واط / ساعة (ميجاواط / ساعة) أي 1،000،000 واط / ساعة.

• ديسيبل – الديسيبل، الديسيبل هو وحدة عشرية من Bel (الرمز B)، ويستخدم لتمثيل الكسب إما في الجهد أو التيار أو الطاقة، حيث إنها وحدة لوغاريتمية معبر عنها بالديسيبل وتستخدم بشكل شائع لتمثيل نسبة المدخلات إلى المخرجات في مكبر الصوت أو الدوائر الصوتية أو أنظمة مكبرات الصوت على سبيل المثال، يتم التعبير عن نسبة ديسيبل لجهد الدخل (VIN) إلى جهد الخرج (VOUT) على أنها 20log10 (Vout / Vin)، إذ يمكن أن تكون القيمة في dB إما موجبة (20 ديسيبل) تمثل الكسب أو سلبية (-20 ديسيبل) تمثل خسارة مع الوحدة، أي المدخلات= المخرجات معبرًا عنها بـ 0 ديسيبل.

• θ – زاوية الطور، زاوية الطور هي الفرق في الدرجات بين شكل موجة الجهد، وشكل موجة التيار الذي له نفس الوقت الدوري، حيث إنه فرق زمني أو تحول زمني واعتمادًا على عنصر الدائرة يمكن أن يكون له قيمة “رائدة” أو “متأخرة”، وتُقاس زاوية طور الشكل الموجي بالدرجات أو بالراديان.

• ω التردد الزاوي، وحدة أخرى تستخدم بشكل أساسي في التيار المتردد، الدوائر لتمثيل علاقة بين شكلين موجيين أو أكثر تسمى التردد الزاوي، الرمز ω، هذه وحدة دوران للتردد الزاوي 2πƒ بوحدات راديان في الثانية، راديان / ثانية، حيث تبلغ الدورة الكاملة لدورة واحدة 360 درجة أو 2 درجة وبالتالي، يتم إعطاء نصف دورة 180 درجة أو π راد.

• τ – ثابت الوقت: ثابت الوقت لدائرة مقاومة أو نظام خطي من الدرجة الأولى، هو الوقت الذي يستغرقه الإخراج للوصول إلى 63.7٪ من الحد الأقصى أو الحد الأدنى لقيمة الإخراج عند تعرضه لإدخال استجابة الخطوة، بحيث إنه مقياس لوقت رد الفعل.