واحدهای اندازه گیری الکتریکی

واحد های اندازه گیری الکتریکی استاندارد، برای بیان ولتاژ، جریان و رزیستانس، به ترتیب بر حسب ولت (V)، آمپر (A) و اهم (Ω) استفاده می‌شوند. این یکاهای الکتریکی اندازه گیری، بر اساس سیستم بین‌المللی (متریک) بوده؛ که به عنوان سیستم SI نیز شناخته می‌شود و سایر واحدهای الکتریکی متداول، از واحد های پایه‌ی SI مشتق شده‌اند.

گاهی اوقات، در مدار های الکتریکی و الکترونیکی و سیستم ها، نیاز است که از مضرب‌ها و پیشوند های این یکا های اندازه گیری استاندارد الکتریکی، زمانی که مقادیر بسیار کوچک و بسیار بزرگ می‌باشند، استفاده کرد.

جدول زیر لیستی از تعدادی از یکاهای الکتریکی اندازه گیری مورد استفاده در فرمول‌های الکتریکی و مقادیر عناصر را، به ما می‌دهد.

یکا های اندازه گیری الکتریکی استاندارد

مضرب ها و پیشوند ها

طیف وسیعی از مقادیر، در مهندسی برق و الکترونیک، بین حداکثر مقدار و حداقل مقدار یک واحد الکتریکی استاندارد وجود دارد. برای مثال، رزیستانس کمتر از ۰.۰۱Ω و بیشتر از ۱۰۰۰۰۰۰Ω باشد. با استفاده از مضرب ها و پیشوندهای یکای استاندارد، می‌توان از نوشتن صفر های زیاد برای تعیین موقعیت نقطه‌ی اعشار جلوگیری کرد. جدول زیر دارای نام و اختصارات آن‌هاست.

پس برای نمایش واحدها یا مضاربشان برای هر نوع مقاومت، جریان یا ولتاژ به عنوان مثال داریم:

1 کیلوولت (1kV) = برابر با 1000 ولت است.

1 میلی‌آمپر (1mA) = برابر با یک هزارم (1/1000) آمپر است.

47 کیلواهم (47kΩ) = برابر با 47 هزاراهم است.

100 میکرو فاراد (100uF) = برابر با  100میلیونیم (100/1000000) یک فاراد است.

1 کیلووات (1kW) =برابر با 1000 وات است.

1 مگاهرتز (1MHz) = برابر با یک میلیون هرتز است.

برای تبدیل یک پیشوند به دیگری، نیاز است که آن‌ها را در هم ضرب یا بر هم تقسیم کنیم. به عنوان مثال می‌خواهیم ۱ مگاهرتز را به کیلوهرتز تبدیل کنیم. از بالا می‌دانیم که ۱ مگاهرتز، برابر با یک میلیون (۱۰۰۰۰۰۰) هرتز و ۱ کیلوهرتز، برابر با هزار (۱۰۰۰) هرتز است. بنابراین، ۱ مگاهرتز، هزار برابر بزرگتر از ۱ کیلوهرتز است. پس برای تبدیل مگاهرتز به کیلوهرتز، نیاز به تبدیل مگاهرتز به هزار است. زیرا ۱ مگاهرتز برابر با ۱۰۰۰ کیلوهرتز است.

به همین ترتیب، اگر نیاز به تبدیل کیلوهرتز به مگاهرتز داشته باشیم، باید بر هزار تقسیم کنیم. یک روش ساده‌تر و سریع‌تر بسته به اینکه ضرب می‌خواهیم انجام بدهیم یا تقسیم، جابه‌جا کردن نقطه اعشار به راست یا چپ است.

واحد های دیگر

همانند واحدهای اندازه‌گیری الکتریکی “استاندارد” در بالا، یکا های دیگری نیز در مهندسی برق برای کمیت‌های دیگری استفاده می‌شوند. مانند:

• Wh : وات-ساعت: میزان انرژی الکتریکی مصرف‌شده توسط یک مدار، در یک پریود زمانی معین است. برای مثال، یک لامپ صد وات، انرژی الکتریکی را در یک ساعت مصرف می‌کند. این یکا معمولا با شکل‌های: Wh (وات-ساعت)، kWh (کیلووات-ساعت)که برابر با ۱۰۰۰ وات-ساعت است یا MWh (مگاوات-ساعت)که برابر با ۱۰۰۰۰۰۰ وات-ساعت می‌باشد.
• dB : دسی‌بل: دسیبل، یک دهم یکای بل (نماد آن B است) است و برای نشان‌دادن بهره‌ی ولتاژ، جریان یا توان استفاده می‌شود. این یکا، لگاریتمی است که برحسب dB بیان می‌شود و معمولا برای نشان‌دادن نسبت ورودی به خروجی در تقویت‌کننده، مدارهای صوتی وسیستم‌های بلندگو استفاده می‌شود.

برای مثال، نسبت dB یک ولتاژ ورودی (VIN) به ولتاژخروجی (VOUT) به صورت 20log۱۰ (Vout/Vin) بیان می‌شود. مقدار dB می‌تواند مثبت (20dB) و نشان‌دهنده بهره یا منفی (-20dB) و نشان‌دهنده‌ی تلفات با واحد باشد. یعنی ورودی با خروجی برابر و همان 0 db است.

• θ : زاویه فاز: زاویه‌ی فاز، تفاوت بر حسب درجه بین شکل موج ولتاژ و شکل موج جریان دارای یک پریود زمانی است. این تفاوت زمانی، یا شیفت زمانی وابسته به عنصر مدار است که می‌تواند “پیشرو” یا “عقب‌مانده” باشد. زاویه‌ی فاز یک شکل موج، بر حسب درجه یا رادیان اندازه‌گیری می‌شود.
• ω : فرکانس زاویه‌ای: یک یکای دیگر، که اساسا در مدارهای ac برای نمایش رابطه‌ی فازوری بین دو یا چند شکل موج استفاده می‌شود؛ فرکانس زاویه‌ای نام دارد و نماد آن ω است. این یک واحد دوران، برای فرکانس زاویه‌ای ۲πf با واحدهای رادیان بر ثانیه (rad/s) است. دور کامل یک سیکل، ۳۶۰° یا ۲π است. بنابراین، نصف دورکامل یک سیکل، ۱۸۰° یا π رادیان است.
• T : ثابت زمانی: ثابت زمانی یک امپدانس مدار یا سیستم مرتبه اول، زمانی است که طول می‌کشد تا به ۶۳% مقدار حداکثر خروجی یا حداقل ورودی پاسخ پله برسد. این اندازه‌گیری زمان واکنش است.

در آموزش بعدی درمورد تئوری مدار DC، نگاهی به قانون مداری کیرشهف داشته که همراه با قانون اهم، به ما اجازه‌ی محاسبه‌ی مقادیر مختلف جریان و ولتاژ جاری در یک مدار پیچیده را می‌دهد.