بخش دوم دوره EVH0 : اجزای مدارهای الکتریکی و الکترونیکی

مقدمه

در این قسمت به آشنایی با ابزارها ، المان های مدار اصول اولیه و پیشنیازهای مورد نیاز برای کار با مدارهای دیجیتال و میکروکنترلرها خواهیم پرداخت .

---

۱ – آشنایی با بردبورد :

بردبورد (Breadboard) وسیله‌ای است که به ما در چیدمان اولیه و آزمایشی مدار کمک می‌‌کند. بیشتر افرادی که در زمینه پروژه‌های الکترونیک کار می‌کنند ، ابتدا مدار خود را بر روی بردبورد می‌‌بندند و پس از جواب گرفتن آنرا بر روی مدارات چاپی یا بردهای سوراخ‌دار مسی پیاده می‌‌کنند.
لایه های داخلی برد بورد از نوارهای فلزی (معمولا مسی) تشکیل شده است که در لایه تحتانی و بدون هیچ اتصالی با یکدیگر در پایین بورد قرار دارند. توسط حفره های پلاستیکی این لایه های فلزی تا بالای بورد هدایت شده اند و این ما را قادر می سازد تا اجزای الکترونیکی را به یکدیگر متصل کنیم.

برای استفاده از بردبورد کافیست پایه های قطعات را درون شکاف مورد نظرفرو بریم (به این شکافها اصطلاحا سوکت میگویند.) و این سوکتها طوری طراحی شده اند که قطعات را کاملا محکم در خود بگیرند و هر حفره یا همان سوکت پایه قطعه را به لایه مسی تحتانی متصل می کند .
هر سیم که وارد این حفره ها می شود گره یا node نامیده میشود و هر گره را نقطه ای از مدار می نامند که حداقل باعث متصل شدن دو قطعه به یکدیگر شده است.
نکته : در بردبورد وقتی می خواهیم بین دویا چند قطعه اتصال الکترونیکی برقرار کنیم باید یکی از پایه هایشان با هم تشکیل گره بدهند. برای این کار کافیست پایه آنها را در حفره هایی که همگی در راستای لایه مسی مشترکی هستند قرار دهیم.

در بردبوردهایی که در ایران معمول شده ، دو بخش قرینه هم داریم که شکاف میان دو بخش محلی برای جا زدن آی سی ها است. در دو طرف شکاف میانی شاهد بخشی هستیم که در آن هر پنج سوراخ که در راستای عمودی در یک امتداد هستند، به هم وصل شده اند و در حکم یک گره هستند. در بخش های بیرونی تر بردبورد ، هر طرف دو ردیف افقی داریم که تا میانه راه به هم وصل هستند. یعنی در هر یک از دو طول بردبورد ، چهار ردیف افقی بیست و پنج سوراخی به هم متصل هستند. از این لایه ها بیشتر برای اتصال منابع ولتاژ استفاده می شود .
در شکل زیر ردیفهایی که به هم وصل هستند با خطوط رنگی نشان داده ایم. هر خط قرمز یا آبی با اینکه شامل چند سوکت است ولی فقط یک گره می باشد.

 

نکته 1 : برای اتصال دو نقطه دور از هم باید از سیم های مفتولی استفاده کرد که دو سر آن به کمک سیم چین لخت شده باشد.

نکته 2 : برای ساخت مدارهای بزرگتر میتوان برد بورد ها را به یکدیگر متصل کرد.

 

---

۲ – آشنایی با مقاومت الکتریکی:

مقاومت پرکاربردترین قطعه در مدارهای الکترونیکی است.
زمانی که جریان الکتریکی از داخل مقاومت عبور می‌‌کند با مانع مواجه می‌‌شود.
نکته : مقدار مقاومت وابسته به مدار نیست و فقط به جنس و شکل ماده مقاوم بستگی دارد.

مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند. مقاومتهای متغیر پتانسیومتر نیز خوانده می‌شوند .

تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهای رنگی :
مقاومتهای توان کم دارای ابعاد کوچک هستند ، به همین دلیل مقدار مقاومت و خطا را نمی توان روی آنها نوشت ،در نتیجه بوسیله نوارهای رنگی روی آن مشخص می‌ کنند.

این روش به دو شکل صورت می‌گیرد:
-۱ روش چهار نواری
-۲ روش پنج نواری

روش اول برای مقاومتهای با خطای ۵% به بالا استفاده می‌شود و روش دوم برای مقاومتهای دقیق و خیلی دقیق (با خطای کمتر از ۵%) استفاده می‌شود.
در اینجا به روش اول که معمول تر است می‌پردازیم.

به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:

دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای.اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ). عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.
ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است ۵% یا ۱۰% یا ۲۰%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس ۵ % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای %۱۰ است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را ۲۰ %در نظر می‌گیریم.
سوال : مقدار واقعی مقاومت زیر در چه بازه ای قرار دارد؟

جواب:
از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد ۴ ، رنگ بنفش معادل عدد ۷ ، رنگ قرمز معادل عدد ۲ ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪۵ می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ،

مساوی ۴۷۰۰ اهم ، یا ۴٫۷ کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد۴۷۰۰ را ضربدر ۵ و تقسیم بر ۱۰۰ می‌کنیم، که بدست می‌آید: ۲۳۵ . پس مقدار واقعی مقاومت چیزی بین ۴۴۶۵ اهم تا ۴۹۳۵ اهم می‌باشد.

 

---

۳ – آشنایی با خازن :

خازن یک المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کند. هر خازنی که توانایی ذخیره انرژی الکتریکی بالاتری داشته باشد ، ظرفیت بالاتری دارد. واحد اندازه گیری ظرفیت خازن “فاراد” می باشد. ظرفیت خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.

ساختمان داخلی خازن از دوقسمت اصلی تشکیل می‌شود :
الف – صفحات رسانا
ب – عایق بین رساناها (دی الکتریک)
بنابراین هرگاه دو رسانا در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود ، تشکیل خازن می دهند .
معمولا صفحات رسانای خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می شود .
هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است .
ساختار داخلی یک خازن را در شکل زیر مشاهده می کنید.

خازن ها دو نوع هستند : ثابت و متغیر
خازن های ثابت :
این خازن ها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی کنند. خازن های ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می شود . از جمله این خازنها می توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه ای ، الکترولیتی و … را نام برد .  اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند .
خازن های متغیر :
به طور کلی با تغییر سه عامل می توان ظرفیت خازن را تغییر داد :” فاصله صفحات” ، “سطح صفحات” و” نوع دی الکتریک “.اساس کار این خازن ها روی تغییر این سه عامل می باشد .
تشخیص ظرفیت خازن ها:
متداول ترین نوع خازن ها نوع سرامیکی (عدسی) و نوع الکترولیتی است.
– ظرفیت نوع عدسی معمولا در حدود پیکوفاراد است (پیکو یعنی ۱۰ به توان منفی دوازده) . در این خازن ها پایه مثبت و منفی فرقی نمیکند .

ظرفیت نوع الکترولیتی معمولا در حدود میکروفاراد است (میکرو یعنی ۱۰ به توان منفی شش). در خازن های الکترولیتی همانند شکل زیر پایه مثبت بلندتر است و پایه منفی با نوار مشخص شده است . پایه مثبت حتما می بایست به ولتاژ مثبت تر وصل شود در غیر این صورت خازن میسوزد و خطرناک است .

بر روی خازن های الکترولیتی معمولا مقدار ظرفیت دقیق نوشته می شود. پایه منفی هم با یک نوار سفید رنگ که روی آن علامت منفی وجود دارد مشخص می گردد (توجه به مثبت و منفی بودن پایه ها در خازن الکترولیتی مهم است ولی در عدسی نه )
تشخیص مقدار ظرفیت در خازن های عدسی کمی پیچیده تر است.
در اغلب مواقع واحد ظرفیت بر روی بدنه ی خازن قید نمی شود. در این صورت چنان چه این عدد از یک کوچکتر باشد ظرفیت بر حسب میکرو فاراد و چنان چه عدد بزرگتر از یک باشد ظرفیت بر حسب پیکوفاراد است. شکل زیر را ببینید:

در حالتی که بر روی خازنی اعداد یک رقمی یا دو رقمی مشاهده گردید، مقدار واقعی ظرفیت ، همان عددی است که بر روی آن نوشته شده و واحد آن پیکو فاراد است. اما اگر عدد سه‌رقمی بود، در این حالت اگر آخرین رقم صفر بود، به همان ترتیب بالا عمل می‌کنیم و مقدار ظرفیت همان عدد است. اما اگر آخرین رقم عدد دیگری غیر از صفر بود به این ترتیب عمل می کنیم :
اولین رقم را رقم اول ، دومین رقم را رقم دوم و سومین رقم را تعداد صفر قرار خواهیم داد و واحد را نیز همان پیکوفاراد می‌گیریم . مقدار بدست آمده را می‌توان به واحدهای دیگر تبدیل نمود.
به عنوان مثال :
ظرفیت خازنی که روی آن نوشته شده۵۰۳ برابر است با ۵۰۰۰۰ پیکوفاراد= ۵۰ نانوفاراد = ۰۵/۰ میکروفاراد.
همچنین به مثال زیر توجه کنید:

---

4- آشنایی با سلف ها :

سلف ( inductor ) یا سیم پیچ ( کویل Coil )، یک المان الکترونیکی است که در مقابل تغییرات جریان الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهد. سلف دارای یک رسانا مانند سیم است که به صورت سیم پیچ درآمده است . هنگام عبور جریان از سلف ، انرژی به صورت میدان مغناطیسی موقت ذخیره می شود. در نتیجه سلف همانند خازن است با این تفاوت که خازن بار الکتریکی ( ناشی از میدان الکتریکی ) را در خود ذخیره می کند اما سلف شار الکتریکی ( ناشی از میدان مغناطیسی ) را در خود ذخیره می کند.

نتیجه : سلف و خازن هر دو از المان های ذخیره کننده انرژی در مدار هستند.

ظرفیت سلف بر حسب واحدی به نام هانری H بیان می شود. چون هانری واحد بزرگی است ، بیشتر از واحد های کوچکتر میکرو و میلی هانری استفاده می شود. سلف ها دارای انوع مختلفی هستند. بخش کمی از این سلف ها شبیه به مقاومت بوده و روش خواندن مقدار ظرفیت آن از روی کد های رنگی دقیقا شبه خواندن مقاومت است با این تفاوت که مقاومت بر حسب اهم است اما مقدار سلف در این روش بر حسب میکرو هانری uH بدست می آید.

---

5– آشنایی با دیود ها :

دیود ( Diode ) قطعه‌ای نیمه رسانا از جنس سیلیسیم یا ژرمانیم است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌دهد و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی نشان می‌دهد. مهمترین کاربرد دیود عبور دادن جریان در یک جهت و ممانعت در برابر عبور جریان در جهت مخالف است. در نتیجه می‌توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. از این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می شود .

سیلیسیوم (Si) و ژرمانیوم (Ge) دو نیمه رسانای معروف هستند که هر کدام ۴ الکترون ظرفیت دارند. اگر آن ها را با عناصری که اتم‌هایشان ۵ الکترون ظرفیت دارند، نظیر ارسنیک (As) یا فسفر (P) ترکیب کنیم ، نیمه رسانای نوع n تولید می شود و اگر آن ها را با عناصری که اتم هایشان ۳ الکترون ظرفیت دارند ، نظیر بور (B) یا آلومینیوم (Al) ترکیب کنیم ، نیمه  رسانای نوع p تولید می شود. دیود در اثر اتصال یک نیمه رسانای نوع n به یک نیمه رسانای نوع p ( پیوند p-n) حاصل می شود .

بایاس کردن اتصال P–N : هرگاه به دو سر اتصال P–N ولتاژی اعمال کنیم گوییم آن را بایاس نموده ایم . بایاس کردن اتصال P–N به دو صورت مستقیم و معکوس انجام می گیرد .

بایاس مستقیم ( Forward Bias ) : اگر قطب مثبت منبع تغذیه را به نیمه هادی نوع P و قطب منفی منبع تغذیه را به نیمه هادی نوع N وصل کنیم ، دیود را در بایاس مستقیم یا موافق قرار داده ایم . در شکل زیر بایاس مستقیم دیود نمایش داده شده است .

از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی جریان را از خود عبور می دهد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده به کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه هدایت نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌باشد.

بایاس معکوس ( Reverse Bias ) : اگر قطب مثبت منبع تغذیه را به کریستال نوع N و قطب منفی آن را به کریستال نوع P متصل کنیم، دیود را در بایاس معکوس یا مخالف قرار داده ایم. در شکل زیر بایاس معکوس دیود نمایش داده شده است .

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌کنید (+ به کاتد و – به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند ، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیری در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد.

نتیجه : در حالت ایده آل میتوان دیود را در حالت بایاس معکوس مدار باز ( قطع ) و در حالت بایاس مستقیم اتصال کوتاه ( وصل ) در نظر گرفت .

 

---

6- آشنایی با LED :

LED ها ظاهرا به شکل لامپ های کوچکی هستند که با برقراری جریان مستقیم در آنها ، نور تولید می کنند . ولی در واقع ساختار آنها شباهتی به لامپهای رشته ای ندارد.

LED ها دو پایه دارند ، یکی منفی و یکی مثبت. پایه بلندتر مثبت است که باید به ولتاژ مثبت تر متصل شود تا LED روشن شود . در غیر این صورت روشن نخواهد شد .
LED ها از خانواده دیود ها هستند و چون با عبور جریان از آنها ، نور تولید می شود ، در مدارات الکترونیکی کاربرد زیادی دارند.
بعضی وقتها هدف مدار به نحوی روشن کردن LED ها می باشد ولی گاهی نقش آنها صرفا نمایش عبور جریان از یک شاخه است و معمولا برای روشن شدن کامل به حداقل ولتاژ ۳ ولت مستقیم احتیاج دارند.

نکته ۱ : هیچ گاه LED را بدون اینکه با یک مقاومت مناسب سری کرده باشید ، مستقیما به منبع ولتاژ وصل نکنید زیرا باعث کاهش طول عمر و سوختن آن میشود .

نکته ۲ : برای اینکه LED نوردهی مناسبی داشته باشد ، بهترین جریان گذرنده از آن ۲۰ میلی آمپر است و در این حالت بسته به منبع تغذیه ، افت ولتاژی که دو سر LED می افتد بین ۲٫۲ تا ۳ ولت میتواند باشد که ما مقدار این افت ولتاژ را ۲٫۵ ولت در نظر می گیریم .

بنابراین با در نظر گرفتن نکته فوق و از رابطه V=RI ( قانون اهم ) میتوان مقدار مقاومت مناسب را محاسبه کرد .

 

---

7 – آشنایی با منابع تغذیه :

برای راه اندازی مدارهای الکترونیکی در صورت امکان بهتر است از منابع تغذیه آزمایشگاهی استاندارد استفاده نمود که توانایی تولید جریان DC را با ولتاژهای مختلفی دارا هستند البته قیمت آن نسبتا زیاد است.
اگر منبع تغذیه در اختیار نبود می توان از آداپتورهای موجود در بازار استفاده کرد که قیمت ارزان تری دارند. همچنین میتوان از باتری با جریان دهی مناسب و یا از پورت USB کامپیوتر نیز استفاده نمود .

آداپتور دستگاهی است که ولتاژ متناوب برق شهر را می گیرد و ولتاژ آن را کم می کند و سپس آن را یکسو می‌کند(یعنی به ولتاژ DC تبدیل می کند)
ولتاژ برق شهر ۲۲۰ ولت است و چنانچه به بدن اتصال پیدا کند ، خطر مرگ دارد ولی ولتاژ خروج آداپتور در حدود ۳-۱۲ ولت است و برای بدن هیچ ضرری ندارد و با آرامش می توانید با آن کار کنید. تمام قطعات الکتریکی ماشینها با ولتاژ ۱۲ولت کار می کنند که در صورت تماس با بدن انسان ، خطر جانی نداشته باشد.

روی آداپتور ها اصولا این موارد را می نویسند :
Input : 220v AC 50/60Hz
به معنی ولتاژ برق شهر است
Output : 3-12 V DC
به معنی ولتاژ خروجی اداپتور است
۱۰۰۰mA
به معنی جریان خروجی آداپتور است که هر چقدر بیشتر باشد ، آداپتور قوی تر بوده و می تواند وسایل بزرگتری را تغذیه کند.

برای مثال لامپ چشمک زن ماشین ۵۰۰ میلی آمپر جریان نیاز دارد ؛ لامپ های خطر ماشین ۱۸۰۰ میلی آمپر نیاز دارد و لامپهای چراغ جلو در حدود ۸۰۰۰ میلی آمپر جریان نیاز دارد . در نتیجه با یک آداپتور ۱۰۰۰ میلی آمپر حداکثر میتوان وسیله ای را که به ۱۰۰۰ میلی آمپر برای روشن شدن احتیاج دارد ، تغذیه کرد .
آداپتوری که در این پروژه استفاده می کنیم ، استفاده های زیادی دارد. و به وسایل مختلفی نظیر ، ضبط ، رادیو ، واکمن و … وصل می شود (البته با ولتاژ مشخص) بنابراین روی سیم آن فیشهای مختلفی وصل شده که به انواع این وسایل وصل شوند.

کلا دو نوع فیش داریم :
§ نوع اول – داخل آن مثبت و خارج آن منفی مانند فیش های ۱ و ۲ و ۳ در شکل زیر
§ نوع دوم – سر آن مثبت و بدنه آن منفی مانند فیش ۴ در شکل زیر

با اتصال سیمها به هر کدام از این فیش ها می توانیم مثبت و منفی آداپتور را از آن بگیریم.
عموما برای اینکه به سادگی بتوانیم بین مثبت و منفی تمایز قائل شویم ، سیمهای تیره تر (آبی یا سیاه) را به منفی و سیمهای روشنتر ( قرمز یا زرد) را به مثبت وصل می کنیم تا بتوانیم در یک نگاه مثبت و منفی را تشخیص دهیم.
سیمها را مطابق شکل به فیشها وصل می کنیم.
۱ – اتصال به فیش نوع اول

۲ – اتصال به فیش نوع دوم

نکته : ولتاژ منفی منبع تغذیه را GND ( زمین Ground ) می گویند و ولتاژ مثبت منبع تغذیه را Vcc نامگذاری می کنند. شکل زیر نمادهای مختلف به کار رفته در نقشه های مداری برای Vcc و GND را نشان می دهد.

برای منبع تغذیه مدار به جای آداپتور میتوان از یک باتری کتابی ۹ ولت به همراه یک آی سی رگولاتور ( برای تنظیم ولتاژ خروجی ) استفاده کرد .

همچنین می توان از پورت USB نیز برای منبع تغذیه مدار استفاده کرد . در این حالت خروجی پورت USB ، ۵ ولت بوده و احتیاجی به رگولاتور نمی باشد . پورت USB دارای ۴ سیم به صورت شکل زیر است که از دو سیم آن برای تغذیه استفاده می شود .

تذکر : هیچگاه نباید دو سر منبع تغذیه به هم وصل شود زیرا باعث سوختن آن می گردد .

 

---

8- رگولاتور یا تنظیم کننده ولتاژ :

در اکثر سیستم های الکتریکی و الکترونیکی نیازمند داشتن ولتاژ ورودی ( منبع تغذیه ) با ولتاژ ثابت هستیم اما با افزایش جریانی که مدار می کشد ، ولتاژ منبع تغذیه ورودی کاهش پیدا می کند . برای داشتن ولتاژی تنظیم شده و ثابت از المانی به نام رگولاتور ( Regulator ) که دارای سه پایه به صورت شکل زیر است استفاده میشود . در واقع این آی سی از نوسانات ولتاژی جلوگیری کرده و خروجی دقیق و تمیز به ما می دهد . نام گذاری این آی سی ها به صورت ۷۸XX می باشد که در آن ۲ رقم سمت راست که به صورت XX نشان داده شده نشان دهنده ولتاژ خروجی است. مثلا رگولاتور ۷۸۰۵ ، دارای ولتاژ خروجی ۵ ولت می باشد. برای اینکه این آی سی خروجی تمیز و دارای نوسان پایین بدهد معمولا ورودی آن را بیشتر از ۵ ولت ( مثلا ۱۲ ولت) در نظر می گیرند .

---

9 – آشنایی با سون سگمنت :

سون سگمنت یک قطعه الکترونیکی است که برای نمایش اعداد و گاهی هم برای نمایش ساده تعدادی از حروف انگلیسی بکار می رود.

حتی کسانی که با الکترونیک سر و کار ندارند هم این قطعه را بارها در وسایل الکترونیکی دیده اند. مثل مایکروویو ، ترازوی دیجیتال ، آسانسور و …
سون سگمنت در واقع ۷ تا LED است که یکی از پایه های آنها با هم یکی شده.

هر سون سگمنت به طور معمول ۱۰ پایه دارد. دو تای آنها مثل هم هستند و نقش پایه مشترک را دارند ( استفاده از یکی از آنها کافی است ) ۷ پایه هم به تک تک LED ها اختصاص دارد و یک پایه هم متعلق به نقطه ای است که در گوشه صفحه سگمنت قرار گرفته و اگر لازم باشد بعنوان ممیز از آن استفاده می شود. این نقطه هم در واقع یک LED دیگر است.

انواع سون سگمنت :
۱ – آند مشترک (در این نوع ، پایه مثبت همه LED ها یکی شده است)
۲ – کاتد مشترک (در این نوع ، پایه منفی همه LED ها یکی شده است)

برای درک بهتر ، در شکل زیر مدار داخلی یک سون سگمنت کاتد مشترک را نشان داده شده است.

در سون سگمنت های آند مشترک ، پایه مشترک را به یک مقاومت مناسبی در حدود یک کیلو اهم (برای محدود کردن جریان) وصل کرده و سر دیگر مقاومت را به سر مثبت منبع تغذیه وصل می کنند. حال اگر هر کدام از پایه های دیگر به منفی منبع تغذیه متصل گردد ، LED مربوط به آن پایه روشن می شود.
در سون سگمنت های کاتد مشترک هم همین قانون حاکم است فقط باید توجه نمود که پایه مشترک از طریق مقاومت به مثبت منبع تغذیه وصل شود و پایه های دیگر به منفی.

پایه های بکار رفته در سون سگمنت ها بصورت شکل زیر هستند.

نکته مهم : سون سگمنت برای نور دهی مناسب نیاز به ولتاژ حدود 3 ولت و جریان تقریبی 20 میلی آمپر برای هر سگمنت دارد. در نتیجه برای محدود کردن ولتاژ و جریان در سون سگمنت یک راه استفاده از مقاومت بین پایه مشترک و منبع تغذیه است و راه دیگر استفاده از دیود بین پایه مشترک و منبع تغذیه است.

 

---

10– آشنایی با ترانزیستور ها :

ترانزیستورها یکی از مهمترین و پرکاربردترین قطعات الکترونیکی می باشند که از پیوندهای مواد نیمه رسانا ( مانند سیلیسیم و ژرمانیم ) به صورت pnp یا npn تشکیل شده است. ترانزیستورها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET).

ترانزیستور را میتوان همانند دو دیود به هم چسبیده در نظر گرفت.

یک ترانزیستور BJT دارای سه پایه به نام های بیس ( Base ) ، کلکتور ( Collector ) و امیتر ( Emitter )  می باشد. در عمل وقتی از روبرو به قسمت صاف ترانزیستور نگاه می کنید ، پایه سمت چپ امیتر است.

در مدارهای آنالوگ، ترانزیستورها به عنوان تقویت کننده‌ جریان یا ولتاژ استفاده می‌شوند و در مدارات دیجیتال از آنها بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شود .

شکل زیر مدل یک ترانزیستور دو قطبی ، هنگامی که بعنوان کلید در مدارهای دیجیتال استفاده می­شود را نشان می­ دهد. در این حالت جریان گذرنده از کلکتور-امیتر توسط جریان بیس کنترل می شود و ترانزیستور bjt تنها بین دو حالت ۰ و ۱ ( قطع و وصل ) کار می کند .

---

11- آشنایی با آی سی ها :

حروف اختصاری IC از دو کلمه انگلیسی integrated circuit به معنی مدار مجتمع گرفته شده است.
مدارهای دیجیتال با استفاده از آی سی که یک نیمه هادی از جنس سیلیکون است ، ساخته می شوند.
آی سی از قطعات الکترونیکی متعددی تشکیل شده است که از داخل به هم مرتبط هستند. این مجموعه “تراشه” یا “chip” نامیده می شود.
تراشه در داخل یک بسته سیاه رنگ قرار گرفته و ما هیچ گونه دسترسی به آن نداریم. اصولا نیازی هم نداریم که به داخل آی سی دسترسی داشته باشیم یا حتی بدانیم از چه قطعاتی تشکیل شده است.
ارتباط آی سی با فضای بیرون از طریق تعدادی پایه فلزی برقرار است که به آنها پین هم گفته می شود. اصولا ما با ساختار داخل آی سی ها کاری نداریم و آنها را فقط به عنوان یک جعبه سیاه در نظر می گیریم. چیزی که برای ما مهم است و در طراحی و ساخت مدار باید به آن توجه کنیم ، فقط پایه ها هستند.

تعدا پایه ها ممکن است از ۸ پایه برای آی سی های کوچک تا ۶۴ پایه و بیشتر برای آی سی های بزرگ متغییر باشد.به منظور شناسائی هر آی سی ، روی آن شماره ای چاپ می شود و تولید کنندگان کتابچه هایی چاپ می کنند که اطلاعات مربوط به هر آی سی در آن وجود دارد. یک راه دیگر دستیابی به اطلاعات هر آی سی ، جستجو در اینترنت (خصوصا در سایت گوگل) است. بدین ترتیب می توان توضیحات و اطلاعات مربوط به هر آی سی را در متنی با عنوان Datasheet پیدا کرد.

چه انگیزه‌ای باعث اختراع IC شد؟
پیش از اختراع IC ،مدارهای الکترونیکی از تعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می‌شدند. این مدارات فضای زیادی را اشغال می‌کردند و توان الکتریکی بالایی نیز مصرف می‌کردند. و این موضوع ، امکان بوجود آمدن نقص و عیب در مدار را افزایش می‌داد. همچنین سرعت پایینی هم داشتند.
IC ، تعداد زیادی عناصر الکتریکی را که بیشتر آنها ترانزیستور هستند، در یک فضای کوچک درون خود جای داده است و همین پدیده است که باعث شده امروزه دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد چشمگیری در همه جا و در همه زمینه‌ها داشته باشند.

انواع آی سی :

آی سی ها در انواع و اندازه های متفاوتی در بازار موجود هستند. طراحان و سازندگان مدارات الکترونیکی با توجه به کاربرد و توانایی های هر آی سی ، دست به انتخاب می زنند.
خانواده های متفاوتی از نظر تکنولوژی ساخت آی سی در بازار موجودند که مشهورترین آنها خانواده TTL و خانواده CMOS هستند. این نامها بصورت مخفف متداول هستند و در اصل به این صورت می باشند :
TTL : Transistor-Transistor-Logic
CMOS : Complementary Metal-Oxide Semiconductors

ترانزیستورهای موجود در آی سی های خانواده CMOS ، سریع تر و کم مصرف تر هستند.
البته بسیاری از آی سی ها هم در بازار موجود هستند و استفاده از آنها متداول است، ولی در هیچ کدام از این دو خانواده قرار نمی گیرند.

 

---

12- برد مدارچاپی ( PCB ) :

pcb مخفف printed circuit board و به معنای برد مدار چاپی می باشد. بُرد مدار چاپی که در کیت های آموزشی ، برد های صنعتی و یا هر دستگاه الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد، شامل مجموعه ای از مدارهای الکتریکی بوده و می‌تواند یک طرفه (یک لایه مس)، دو طرفه (دو لایه مس) و یا حتی چند لایه باشد؛ بطوریکه قطعات الکترونیکی مانند مقاومت، خازن، آی سی و … بر روی آن مونتاژ شده و جهت استفاده در تجهیزات الکترونیکی بکار می رود. شکل زیر یک نمونه pcb قبل از سوارشدن قطعات و مونتاژ آنها را نشان می دهد.

 

---

13- المان های نصب سطحی ( SMD ) :

SMD مخفف Surface mount device و به معنی قطعات نصب شده روی سطح می باشد.
قطعات نصب سطحی ؛ قطعات الکترونیکی هستند که به مدار چاپی به روش فناوری نصب سطحی Surface-mount technology متصل شده اند .اکثر المان های مداری از قبیل خازن ، مقاومت ، سلف ، آی سی و… علاوه بر بسته بندی دارای پایه ( DIP ) ، بسته بندی SMD نیز دارند. شکل زیر انواع مختلف المان های SMD را نشان می دهد.

---

14- آشنایی با کریستال :

یکی از قطعه های به کار رفته در مدارهای دیجیتال می باشد. همانطور که از اسم آن مشخص است درون این قطعه یک ماده کریستالی همانند کوارتز قرار دارد که با برقراری ولتاژ دو سر آن شروع به نوسان می کند. از این قطعه در تولید موج دیجیتالی با فرکانس معین استفاده می شود. مثلا از کریستال ساعت ( 32768 هرتز ) برای تولید دقیق یک ثانیه استفاده می شود. شکل زیر انواع کریستال ها را نشان می دهد.

با قرار دادن یک کریستال در مدار ، فرکانس خاص آن کریستال تولید می شود. این فرکانس خاص بر روی بدنه کریستال (با در نظر گرفتن دقت آن) قید شده است. به عنوان مثال کریستالی با ارقام 4.000 مگاهرتز ، فرکانس 4 مگاهرتز را تولید می کند که تا رنج کیلوهرتز دقیق عمل می کند، اما در رنج هرتز دارای درصدی خطا می باشد (به صفر ها دقت کنید، اگر 6 صفر بود به این معنا بود که کریستال تا رنج 1 هرتز نیز دقیق عمل می کند). مثلا فرکانس تولیدی 4000208 هرتز خواهد بود که 208 هرتز خطا دارد.

 

---

 

پایان بخش دوم. برای اطلاع از انتشار بخش بعدی در کانال تلگرامی ما عضو شوید.

---

در صورتی که این مطلب مورد پسندتان بود لایک و اشتراک گذاری فراموش نشود.