معرفی قطعات اصلی مدار در مبانی الکترونیک

قطعات اصلی مدار در مبانی الکترونیک:
برای ساختن مدارها، باید با چند جزء اساسی آشنا شوید. این اجزا ممکن است ساده به نظر برسند، اما اصلی ترین بخش های پروژه های الکترونیکی هستند.

بنابراین، با یادگیری این چند قطعه اساسی، می توانید راه طولانی ساخت مدار را ساده تر طی کنید.

هر کدام از این قطعات را در ادامه معرفی می کنیم.

مقاومت:
همان طور که از نامش پیداست، مقاومت به مدار مقاومت می بخشد و جریان الکتریکی را کاهش می دهد. مقاومت در مدار به صورت یک خط زیگزاگی با مقدار کنار آن نشان داده می شود.

علائم مختلف روی مقاومت نشان دهنده مقادیر مختلف مقاومت است. این مقادیر با واحد اهم اندازه گیری می شوند.

مقاومت ها همچنین دارای رتبه بندی های مختلفی بر اساس وات هستند. برای اکثر مدارهای ولتاژ پایین، مقاومت 1/4 وات معمولاً مناسب است.

مقادیر را باید از چپ به راست به سمت (معمولاً) نوار طلایی بخوانید. دو رنگ اول نشان دهنده مقدار مقاومت، رنگ سوم نشان دهنده ضریب، و رنگ چهارم (نوار طلا) نشان دهنده تلرانس یا دقت است. با مشاهده رنگ مقاومت می توانید مقدار هر رنگ را مشخص کنید.

یا برای سهولت، می توانید به سادگی مقادیر را با استفاده از یک ماشین حساب مقاومت گرافیکی جست وجو کنید.

برای مثال، یک مقاومت با رنگ های قهوه ای، مشکی، نارنجی و طلایی به شرح زیر تفسیر می شود:

x 1,000 = 10,000 +/- 5٪ (مشکی) 0 (قهوه ای) 1

هر نوع مقاومت بیش از 1000 اهم معمولاً با استفاده از حرف k کوتاه می شود. به عنوان مثال، 1000 برابر 1k خواهد بود. 3,900 به 3,9k تفسیر می شود و 470,000 اهم برابر با 470k اهم است.

ارزش اهم بیش از یک میلیون با استفاده از حرف M (مگا) نشان داده می شود. در این حالت، 1,000,000 اهم برابر با 1M خواهد بود.

خازن:
خازن قطعه ای است که برق را ذخیره می کند و در صورت افت برق، آن را در مدار تخلیه می کند. می توانید آن را به عنوان یک مخزن ذخیره آب تصور کنید که در صورت وقوع خشکسالی آب را برای اطمینان از جریان مداوم آزاد می کند.

خازن ها برحسب فاراد اندازه گیری می شوند. مقادیری که معمولاً در اکثر خازن ها با آن روبه رو می شوید در واحد پیکوفراد (pF)، نانوفاراد (nF) و میکروفاراد (uF) اندازه گیری می شود. این ها اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند.

رایج ترین انواع خازن ها خازن های سرامیکی هستند که شبیه عدس های کوچک با دو پایه هستند. همچنین خازن های الکترولیتی از رایج ترین انواع خازن ها هستند که بیشتر شبیه لوله های استوانه| ای کوچک با دو سر از پایین (یا گاهی هر انتهای آن) هستند.

خازن های عدسی غیرقطبی هستند، به این معنی که برق بدون توجه به نحوه قرار گرفتن آن ها در مدار می تواند از آن ها عبور کند.

آن ها معمولاً با کدی شماره ای مشخص می شوند که باید رمزگشایی شود. این نوع خازن ها معمولاً به صورت شماتیک به صورت دو خط موازی نشان داده می شوند.

خازن های الکترولیتی معمولاً قطبی هستند، به این معنا که یک پایه آن ها باید به زمین مدار متصل شود و پای دیگر باید به منبع (مثبت) متصل شود.

اگر این پایه ها برعکس متصل شوند، درست کار نخواهند کرد. خازن های الکترولیتی دارای مقداری هستند که معمولاً در uF نشان داده شده است.

پایه متصل به زمین این خازن ها با علامت منفی (-) مشخص می شود. این خازن به صورت شماتیک به صورت یک خط مستقیم و یک منحنی در کنار هم نشان داده می شود. خط مستقیم انتهای متصل به مثبت و منحنی اتصال به زمین را نشان می دهد.

دیود:
دیودها قطعاتی هستند که قطبی شده اند. این قطعات اجازه می دهند جریان الکتریکی فقط در یک جهت از آن ها عبور کند. این امر از این جهت مفید است که می توان آن را در یک مدار قرار داد تا از برقراری جریان الکتریسیته در جهت اشتباه جلوگیری کند.

نکته دیگری که باید در نظر داشته باشید این است که برای عبور جریان از دیود به انرژی نیاز دارید و این منجر به افت ولتاژ می شود. این افت ولتاژ معمولاً در حدود 0٫7 ولت از دست می دهد. این نکته مهم است که بعداً در مورد نوع خاصی از دیودها به نام LED به آن اشاره می کنیم.

حلقه مشخص شده روی یک سر دیود نشان دهنده طرف دیود است که به زمین متصل می شود. این سر کاتد است. در نتیجه، طرف دیگر به منبع (بخش دارای پتانسیل) متصل می شود، آند است.

شماره دیود به طور معمول روی آن نوشته شده است و می توانید با جستجوی دیتاشیت آن به خواص الکتریکی مختلفش پی ببرید.

شماتیک دیودها در کتاب های آموزش مبانی الکترونیک به صورت یک خط با مثلثی که به سمت آن اشاره دارد، نشان داده می شوند. خط آن طرفی است که به زمین متصل است و پایین مثلث به قدرت متصل می شود.

ترانزیستور:
ترانزیستور یک جریان الکتریکی کوچک در پایه بیس خود می گیرد و آن را تقویت می کند، به طوری که یک جریان بسیار بزرگ تر می تواند بین پین های کلکتور و امیتر آن عبور کند.

مقدار جریانی که بین این دو پین می گذرد متناسب با ولتاژی است که در پایه بیس اعمال می شود. ترانزیستورها از اجمله قطعات مهم در آموزش مبانی الکترونیک هستند که همواره مورد بررسی قرار می گیرند.

دو نوع اصلی ترانزیستور BJT وجود دارد که NPN و PNP هستند. این ترانزیستورها دارای قطب مخالف بین کلکتور و امیتر هستند. 

ترانزیستورهای NPN اجازه می دهند تا برق از پایه کلکتور به پایه امیتر منتقل شود. آن ها به صورت شماتیک با یک خط برای یک بیس، یک خط مورب متصل به بیس و یک پیکان مورب که از بیس دور می شود نشان داده می شوند.

ترانزیستورهای PNP اجازه می دهند تا الکتریسیته از پایه امیتر به پایه کلکتور منتقل شود. آن ها به صورت شماتیک با یک خط برای بیس، یک خط مورب متصل به بیس و یک پیکان مورب به سمت بیس نشان داده می شوند.

شماره قطعات ترانزیستورها روی آن ها چاپ شده است و می توانید دیتاشیت های آن ها را به صورت آنلاین جستجو کنید تا با چیدمان پایه ها و ویژگی های خاص آن ها آشنا شوید. حتماً به ولتاژ و جریان ترانزیستور نیز توجه داشته باشید.

مدار مجتمع:
یکی از مقطعات مهم در آموزش مبانی الکترونیک مدار مجتمع است. مدار مجتمع یا آی سی یک مدار کامل تخصصی است که مینیاتوری شده و روی یک تراشه کوچک قرار می گیرد و هر پایه تراشه به نقطه ای از مدار متصل می شود. این مدارهای مینیاتوری معمولاً از اجزایی مانند ترانزیستورها، مقاومت ها و دیودها تشکیل شده است.

به عنوان مثال، شماتیک داخلی تراشه تایمر 555 دارای بیش از 40 جزء است.

مانند ترانزیستورها، می توانید همه چیز در مورد مدارهای مجتمع را با جست وجوی دیتاشیت آن ها بیاموزید. در دیتاشیت عملکرد هر پین را خواهید یافت. همچنین اندازه ولتاژ و جریان هر تراشه و هر پین جداگانه در دیتاشیت بیان می شود.

مدارهای مجتمع در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارند. به عنوان یک مبتدی، شما عمدتاً با تراشه های DIP کار خواهید کرد. این ها دارای پین هایی برای نصب از طریق سوراخ هستند. با پیشرفت بیشتر، ممکن است با تراشه های SMT را که به صورت سطحی به یک طرف برد مدار لحیم شده اند، کار کنید.

شکافِ گِرد در یک لبه تراشه IC نشان دهنده بالای تراشه است. پین سمت چپ بالای تراشه به عنوان پین 1 در نظر گرفته می شود.

از پین 1، به صورت متوالی پایین صفحه را می شمارید تا به انتهای آن برسید (یعنی پین 1، پین 2، پین 3 و…). هنگامی که در پایین تراشه هستید، به طرف مقابل تراشه حرکت می کنید و سپس شروع به خواندن اعداد می کنید تا دوباره به بالای صفحه برسید.

به خاطر داشته باشید که برخی از تراشه های کوچک تر دارای نقطه کوچکی در کنار پین 1 به جای بریدگی در بالای تراشه هستند.

هیچ روش استانداردی وجود ندارد که همه ICها در نمودارهای مداری گنجانده شوند، اما اغلب آنها به عنوان جعبه هایی با اعداد (اعداد نشان دهنده شماره پین) مشخص می شوند.

پتانسیومتر:
پتانسیومترها مقاومت های متغیر هستند و به دلیل نقشی که دارند، در آموزش مبانی الکترونیک به آن ها اشاره می شود.

به زبان ساده، آن ها دارای یک نوع دستگیره یا کشو هستند که برای تغییر مقاومت در یک مدار آن را می چرخانید یا فشار می دهید. اگر تا به حال از دکمه تنظیم صدا بر روی استریو یا نورگیر کشویی استفاده کرده اید، در واقع از پتانسیومتر استفاده کرده اید.

پتانسیومترها مانند مقاومت ها برحسب اهم اندازه گیری می شوند، اما به جای داشتن نوارهای رنگی، مقدار مقاومت مستقیماً روی آن ها نوشته می شود (مثلاً "1M"). آن ها همچنین با "A" یا "B" مشخص می شوند که نوع منحنی پاسخشان را نشان می دهد. 

پتانسیومترهای مشخص شده با "B" دارای منحنی پاسخ خطی هستند. این بدان معناست که با چرخاندن دکمه، مقاومت به طور مساوی افزایش می یابد (10، 20، 30، 40، 50 و غیره). پتانسیومترهای مشخص شده با "A" دارای منحنی پاسخ لگاریتمی هستند. این بدان معناست که با چرخاندن دکمه، اعداد به صورت لگاریتمی افزایش می یابند (1، 10، 100، 10000 و غیره).

پتانسیومترها دارای سه پایه هستند تا تقسیم ولتاژ را ایجاد کنند، که اساساً دو مقاومت به صورت سری است. هنگامی که دو مقاومت به صورت سری قرار می گیرند، نقطه بین آن ها ولتاژی با مقدار بین منبع و زمین است.

به عنوان مثال، اگر دو مقاومت 10k اهم به صورت سری بین منبع (5V) و زمین (0V) داشته باشیم، نقطه برخورد این دو مقاومت نصف ولتاژ منبع تغذیه (2٫5V) خواهد بود، زیرا هر دو مقاومت دارای مقادیر یکسان هستند.

با فرض اینکه این نقطه میانی در واقع پین مرکزی یک پتانسیومتر است، با چرخاندن دکمه، ولتاژ روی پین وسط در واقع به سمت 5V افزایش یا به 0V کاهش می یابد (بسته به اینکه آن را بچرخانید).

این عمل برای تنظیم شدت یک سیگنال الکتریکی در یک مدار مفید است (به همین دلیل است که از آن به عنوان کلید تنظیم صدا استفاده می شود).

این در یک مدار به عنوان یک مقاومت نشان داده می شود که یک پیکان به سمت وسط آن نشان می دهد.

اگر فقط یکی از پایه های بیرونی و پایه مرکزی را به مدار وصل کنید، فقط مقاومت درون مدار را تغییر می دهید نه سطح ولتاژ پین وسط. این نیز یک ابزار مفید برای ساخت مدار است، زیرا اغلب شما فقط می خواهید مقاومت را در یک نقطه خاص تغییر دهید و تقسیم کننده ولتاژ قابل تنظیم ایجاد نکنید.

این پیکربندی اغلب در یک مدار به عنوان یک مقاومت نشان داده می شود که پیکان از یک طرف بیرون می آید و به سمت عقب به وسط حرکت می کند.

LED:
LED مخفف دیود ساطع کننده نور است و در اصل یک نوع دیود خاص است که هنگام عبور برق از آن روشن می شود. مانند تمام دیودها، LED قطبی است و برق فقط در یک جهت آن عبور می کند.

به طور معمول دو نشانه وجود دارد که به شما اطلاع می دهد برق از چه مسیری عبور می کند. اولین شاخصی این است LED دارای سر مثبت بلندتر (آند) و سر زمین کوتاه تر (کاتد) است. نشانگر دیگر یک بریدگی صاف در کنار LED است که سر مثبت (آند) را نشان می دهد. به خاطر داشته باشید که همه LEDها دارای این علامت نیستند (یا گاهی اوقات اشتباه است).

مانند همه دیودها، LEDها باعث ایجاد افت ولتاژ در مدار می شوند، اما معمولاً مقاومت زیادی ایجاد نمی کنند. برای جلوگیری از اتصال کوتاه شدن مدار، باید مقاومت را به صورت سری اضافه کنید.

برای درک اینکه به چه اندازه از مقاومت برای شدت مطلوب نیاز دارید، می توانید از این محاسبه گر LED آنلاین برای تعیین میزان مقاومت مورد نیاز برای یک LED استفاده کنید. اغلب استفاده از مقاومتی که مقدار آن کمی بزرگ تر از چیزی است که توسط محاسبه گرها ارائه می شود، کار بهتری است.

ممکن است وسوسه شوید که LEDها را به صورت سری سیم کشی کنید، اما به خاطر داشته باشید که هر LED منجر به افت ولتاژ می شود و ممکن است در نهایت توان کافی برای روشن نگه داشتن آن ها باقی نماند.

بنابراین، روشن کردن چندین LED با سیم کشی موازی ایده آل است. با این حال، قبل از انجام این کار، باید اطمینان حاصل کنید که همه LEDها توان یکسانی دارند (رنگ های مختلف اغلب متفاوت هستند).

LEDها به صورت شماتیکی به عنوان نماد دیود با خطوط شکسته و موربی که از آن خارج می شوند نشان داده می شوند تا نشان دهند که یک دیود نوری داریم.

کلید:
کلید یا سوئیچ در اصل یک قطعه مکانیکی است که مدار را قطع و وصل می کند. وقتی کلید را فعال می کنید، مدار باز یا بسته می شود.

این بستگی به نوع سوئیچ دارد. کلیدهای در حالت عادی باز (NO) هنگام فعال شدن مدار را می بندند. کلیدهای در حالت عادی بسته (NC) هنگام فعال شدن مدار را باز می کنند.

کلیدها با پیچیده تر شدن می توانند یک اتصال را باز کرده و هنگام فعال شدن اتصال دیگری را ببندند. این نوع کلید یک کلید دومسیره تک قطبی (SPDT) است.

اگر قرار باشد دو سوئیچ SPDT را در یک سوئیچ واحد ترکیب کنید، به آن سوئیچ دومسیره دوقطبی (DPDT) می گویند. با این کار هر بار که سوئیچ فعال شود، دو مدار جداگانه بسته و دو مدار دیگر باز می شوند.

باتری:
باتری قطعه ای است که انرژی شیمیایی را به الکتریسیته تبدیل می کند و به دلیل تأمین برق مدار در مفاهیم مبانی الکترونیک اهمیت دارد. برای ساده سازی بیش از حد موضوع، می توانیم بگوییم که باتری «توان را ذخیره می کند».

با قرار دادن سری باتری ها، ولتاژ هر باتری متوالی با ولتاژ بقیه باتری ها جمع می شود، اما جریان ثابت می ماند. به عنوان مثال، باتری اگر سه باتری 1٫5 ولت را در سری کنید، نتیجه 4٫5 ولت خواهد بود. اگر بخواهید باتری چهارم را اضافه کنید، 6 ولت می شود.

با قرار دادن موازی باتری ها ولتاژ ثابت می ماند، اما مقدار جریان موجود دو برابر می شود. این کار بسیار کمتر از حالت اتصال سری باتری ها انجام می شود و معمولاً فقط زمانی به کار می رود که مدار به جریان بیشتری نیاز داشته باشد.

باتری
توصیه می شود طیف وسیعی از نگهدارنده های باتری AA را برای پروژه های ساده خود تهیه کنید. باتری ها در یک مدار با مجموعه ای از خطوط موازی با طول های مختلف نمایش داده می شوند. همچنین علامت گذاری اضافه ای برای سر مثبت، زمین و اندازه ولتاژ وجود دارد.

برد بورد:
بردبوردها تخته های خاصی برای نمونه سازی اولیه مدارهای الکترونیکی هستند. آن ها از شبکه ای از سوراخ ها پوشانده شده اند که به ردیف های پیوسته از نظر الکتریکی تقسیم شده اند. در قسمت مرکزی دو ستون ردیف وجود دارد که در کنار هم قرار گرفته اند. این طراحی به گونه ای است که بتوانید یک مدار مجتمع را در مرکز قرار دهید.

به این ترتیب، می توانید به سرعت مدار را بدون نیاز به انجام لحیم کاری یا پیچاندن سیم ها بسازید. به سادگی قطعاتی را که به هم وصل شده اند به یکی از ردیف های پیوسته الکتریکی متصل کنید.

در هر لبه برد بورد، معمولاً دو خط باس پیوسته وجود دارد: یکی به عنوان یک باس منبع و دیگری به عنوان یک باس زمین در نظر گرفته شده است. با اتصال منبع و زمین به ترتیب به هریک از این موارد، می توانید به راحتی از هر نقطه روی برد بورد به آن ها دسترسی داشته باشید.

سیم:
برای اتصال همه چیز با استفاده از یک برد بورد، باید از یک قطعه الکترونیکی یا سیم استفاده کنید. سیم ها قطعات کارراه اندازی هستند، زیرا به شما اجازه می دهند بدون اتصال تقریباً هیچ چیزی از مدار به آن وصل شوید.

این به شما امکان می دهد تا نسبت به محل قرار دادن قطعات انعطاف پذیری لازم را داشته باشید، زیرا بعداً می توانید آن ها را با سیم به یکدیگر متصل کنید. همچنین به شما این امکان را می دهد یک قطعه را به چند قسمت دیگر متصل کنید.

توصیه می شود از سیم های مفتولی دارای عایق برای برد بورد استفاده کنید. سیم قرمز معمولاً نشان دهنده اتصال منبع و سیم سیاه نشان دهنده اتصال زمین است.

برای استفاده از سیم در مدار، کافی است یک قطعه را به اندازه مناسب برش دهید، 1/4 اینچ عایق را از هر سر سیم جدا کرده و از آن برای اتصال نقاط روی برد بورد استفاده کنید.