آموزش الکترونیک به زبان ساده – قسمت دوم – قطعات پرکاربرد الکترونیک

در قسمت قبل، در سری آموزش الکترونیک به زبان ساده با قانون اهم آشنا شدیم. در این قسمت می‌خواهم تعدادی از قطعات الکترونیکی پرکاربرد و پایه را به همراه تصاویرشان به شما معرفی کنم. زیرا برای ساخت مدارهای الکترونیکی باید از آنها استفاده کنیم. بدون یادگیری نام و نحوه کار آنها، طراحی مدار هرگز کامل نمی‌شود یا به خوبی کار نمی‌کند. قطعاتی که امروز با آن‌ها آشنا می‌شویم شامل مقاومت‌ها، خازن‌ها، دیودها، ترانزیستورها، LED ها، مدارهای مجتمع (IC ها) و غیره هستند.

10 قطعه پرکاربرد در الکترونیک

اکثر قطعات دارای دو یا چندپایه، جهت لحیم کردن آنها بر روی مدار، یا اتصال سیم به آن‌ها یا قرار دادن در برد بورد هستند. در این قسمت تنها یک مرور کلی بر لیست قطعات مهم خواهیم داشت و به‌مرور تک‌تک آن‌ها را آموزش خواهیم دید.

1# مقاومت – در برابر عبور جریان الکتریسیته مقاومت کنید!

شکل مقاومت های متداول

بیشتر از مقاومت‌ها برای تقسیم (کم کردن) ولتاژ به ولتاژ کوچک‌تر استفاده می‌کنیم. برای مثال، وقتی می‌خواهیم یک چراغ کوچک LED را روشن کنیم، با کمک مقاومت، از اعمال ولتاژ بیش‌ازحد به آن که باعث تزریق جریان زیاد و سوختن آن می‌شود، جلوگیری می‌کنیم. از مقاومت‌ها برای افزایش زمان موردنیاز برای شارژ خازن‌ها و سرعت بخشیدن به تخلیه خازن‌ها استفاده می‌شود. (خازن و LED را نیز در ادامه معرفی خواهیم کرد!)
همچنین به کمک مقاومت می‌توانیم میزان بهره در تقویت‌کننده‌ها را کنترل کنیم. مثل موقعی که با چرخاندن پیچ رادیوهای قدیمی، صدای آن را کم‌وزیاد می‌کنیم.

2# خازن – بار الکتریکی ذخیره کنید!

شکل خازن های متداول

خازن‌ها از قطعات پرکاربرد در الکترونیک هستند. برای مثال:

خازن‌ها انواع و اندازه‌های زیادی دارند، ما اغلب از سه نوع خازن استفاده می‌کنیم: خازن سرامیکی، مالتی لیر (چندلایه) و الکترولیتی (بشکه‌ای).
خازن‌های الکترولیتی، ظرفیت خازنی زیادی را در خود نگه می‌دارند اما نکته‌ای به که باید به آن توجه کنید، این است که این خازن‌ها دارای پلاریته (جهت) هستند. وقتی خازن پلاریزه است، یعنی دارای یک پایه مثبت و منفی است. پایه منفی آن (که دارای علامت است) همیشه باید به ترمینال منفی متصل شود و سر دیگر آن به ترمینال مثبت باتری. خازن‌های سرامیک و مالتی لیر ظرفیت خازنی کمتری نسبت به الکترولیتی دارند. آنها خیلی کوچک هستند. بنابراین، بر روی بدنه آن، فضای کافی برای نوشتن ظرفیت آن وجود ندارد. به همین خاطر روی آنها کد اختصاری وجود دارد.
رقم اول و دوم اعداد ثابتی هستند که واحد آن pF (پیکو فاراد) است. سومین عدد، تعداد صفرهایی است که جلوی دو رقم اول قرار می‌گیرد. در چهارمین جایگاه، معمولاً یک نماد قرار می‌گیرد که میزان خطا را نمایش می‌دهد.
مثل: J = 5٪، K = 10٪، M = 20٪.

کد خازن عدسی (بدون جهت)

این موضوع را با یک مثال متوجه خواهید شد. یک خازن که بر روی بدنه آن 104K نوشته شده، به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:
عدد اول = 1، عدد دوم = 0، عدد سوم = 4، نماد = K
از کنار هم قرار دادن عدد اول و دوم، عدد 10 به دست می‌آید و با قرار دادن 4 صفر جلوی آن، عدد 100000 که معادل 100K است با واحد pF به‌دست می‌آید که برابر 0.1μF می‌باشد.
بنابراین ظرفیت این خازن 0.1μF با 10% خطا می‌باشد!
حال، اگر کد خازن 104J بود، ظرفت آن همان 0.1μF است، اما دقت آن 5% بود که خطای آن بسیار کم‌تر و بهتر بود.

3# دیود – شیرهای یک طرفه برای جریان الکتریکی

دیود به‌عنوان یکسو کننده عمل می‌کند و به جریان اجازه می‌دهد تا فقط به‌صورت یک طرفه حرکت کند. اگر جهت آن را برعکس کنیم، جریان اجازه عبور نخواهد داشت.
نماد دیودها و رایج‌ترینشان را در تصویر زیر می‌بینید:

دیودها با توجه به مشخصاتشان اندازه و کاربرد متفاوتی دارند. شماره فنی روی بدنه آنها درج خواهد شد که با توجه به آن شماره می‌توانید مشخصاتش را در دیتاشیت پیدا کنید. دیتاشیت دفترچه راهنمایی است که سازندگان هر قطعه، مشخصات فنی را در آن درج می‌کنند.

4# دیود زنر – ولتاژ را ثابت نگه دارید!

نماد و شکل تمداول ترین دیود های زنر

دیود زنر شکلی شبیه دیود دارد و به‌طور مشابه نیز کار می‌کند. یعنی یک جریان مثبت می‌تواند به‌راحتی از آند (سر +) به کاتد (سر -) حرکت کند. اما برخلاف دیود معمولی که جریان هرگز نمی‌توانست از کاتد به آند برگردد، در این دیود اگر ولتاژ از حد معینی موسوم به «ولتاژ زنر یا Vz» فراتر رود، جریان اجازه عبور پیدا می‌کند. ما هم از همین خاصیت آن استفاده کرده و دیود زنر را معمولاً به‌طور معکوس در مدار استفاده می‌کنیم! اگر ولتاژ ما از Vz فراتر رفت، زنر به گونه ای وصل می‌شود که اضافه آن را خارج کند و ولتاژ را برای ما روی همان VZ نگه دارد! به همین خاطر از آن به‌عنوان یک تنظیم‌کننده ولتاژ ثابت استفاده می‌کنیم. شماره‌های ثابتی برای دیود زنر وجود دارد، مثلاً زنر 3 ولت، 5.6 ولت یا 5.1 ولت و…

5# ترانزیستور – یک تقویت کننده یا مدار سوئیچینگ بسازید

اشکال مختلف ترانزیستور

در قسمت قبل گفتیم به‌جز موادی که رسانا و نیمه‌رسانا هستند، مواد دیگری هم هستند که ما انتخاب می‌کنیم که رسانا باشند یا نارسانا و به آن‌ها نیمه‌هادی گفته می‌شود. ترانزیستور هم یکی از قطعات نیمه‌هادی است که سه پایه دارد.
اگر یک جریان یا ولتاژ بسیارکم، به یکی از پایه‌های آن اعمال شود، می‌توانید جریان بسیار بزرگ‌تری را که از آن دو پایه دیگر می‌گذرد، کنترل کنید.
انواع مختلفی از ترانزیستورها وجود دارد. اما همه آنها را می‌توان در دو گروه قرار داد. یک گروه از نوع NPN است. که پایه کنترلی آن با ولتاژ مثبت کار می‌کند و گروه دیگر از نوع PNP هستند که با ولتاژ منفی کار می‌کنند. در قسمت مربوط به ترانزیستور، نحوه کار با آن‌ها را خواهیم آموخت.
ترانزیستورها از قطعات پرکاربرد الکترونیک هستند و اشکال مختلفی هم دارند. با توجه به ویژگی‌های استفاده. شماره آن روی بدنه آن درج خواهد شد.

6# SCR (یکسو کننده های کنترل شده با سیلیکون)

شکل های مختلف SCR ها

SCR هم یک نیمه‌هادی است که نماد آن شبیه دیود است ولی سه پایه دارد. درواقع یک دیود را تصور کنید که می‌تواند جریان بسیار بزرگ‌تر (در حد راه‌اندازی یک موتور قوی) را از خود عبور دهد و یک پایه هم برای کنترل دارد که به‌راحتی و با یک جریان یا ولتاژ کم، می‌تواند نقش کلید را بازی کند.

7# Triac – دو SCR که به صورت موازی بهم متصل شده اند!

اشکال مختلف ترایاک

Triac مانند یک SCR عمل می‌کند اما به هر دو جریان جهت اجازه می‌دهد تا از طریق آن عبور کنند، اما به‌شرطی که از طریق پایه کنترلی، اجازه آن را بدهیم. ترایاک برای کنترل کردن برق AC کاربرد دارد.
بنابراین، در کنترل کننده‌های سوئیچینگ AC خوب هستند.

8# دیاک – مانند دیود زنر به صورت موازی

نماد و شکل دیاک

دایاک، یا دیاک یک نوع دیود برای جریان متناوب است. دیاک برخلاف ترایاک فاقد پایه کنترلی می‌باشند. در حالت عادی اجازه عبور جریان در هر دو طرف را نمی‌دهد، مگر اینکه به ولتاژ شکست (VBO) برسد. در این صورت به جریان در هر دو سمت اجازه عبور را می‌دهد.

9# آی سی — مدارهای مجتمع

IC مخفف (Integrated circuit) یا “مدار مجتمع” است. درون آی سی، مدارات مختلفی و پیچیده‌ای قرار داده شده دارد که کار را برای ما بسیار ساده‌تر می‌کنند. آی سی‌های مختلف، با توجه به کاربردی که دارند، پایه‌های مختلفی دارند. اینکه هر آی سی چه کاری را انجام می هد، باید در دفترچه راهنما، یا اصطلاحاً دیتاشیت (Datasheet) آن تراشه بخوانیم. برای مثال، یک تراشه می تواند برای ما عملیات تقویت سیگنال را انجام دهد و ما نیازی به طراحی چندین مدار مختلف برای این کار نداشته باشیم. به همین خاطر، تراشه ها جزء قطعات پرکاربرد الکترونیک هستند. تراشه‌ها در ابعاد و اشکال مختلف ساخته می‌شوند، ولی معمولاً آن‌ها را به شکل زیر می‌بینید. آی سی دارای یک سیستم شماره‌گذاری پایه به شرح زیر است:

ترانزیستور های متداول

وقتی از بالا به یک آی سی نگاه کنید، یک علامت برای نشان دادن پین 1 خواهید دید. این علامت ممکن است یک نقطه در کنار پین باشد، یا برشی بالای آن تراشه باشد. پس از پیدا کردن پایه شماره یک، شمارش و در خلاف جهت عقربه‌های ساعت شروع می‌شود که در تصویر بالا نیز می‌توانید مشاهده کنید. در سمت راست یک مدل فلزی برای آی سی OP-AMP می‌بینید. (کیفیت بالایی داره، اما گرونه!)

10# فیوز یا پلی سوئیچ قابل تنظیم مجدد

فیوز های قابل برگشت

آیا تابه‌حال از فیوز استفاده کرده‌اید؟ وقتی‌که جریان زیادی قصد عبور از مدار را داشته باشد، او خودش را قربانی خواهد کرد و با سوختن خود، راه عبور جریان زیاد را مسدود می‌کند. جریان زیاد یک فیوز را از بین می‌برد. اما پلی سوئیچ‌ها این‌گونه نیستند و پس از مدتی به حالت اولیه خود بر می‌گردند. این قطعه Resettable fuse ،polyswitche ،multifuse ،polyfuse یا polyswitch نیز نام دارد. آنها از نظر عملکرد مشابه “ترمیستورهای PTC” هستند. شماره‌های مختلف و زیادی وجود دارد، مثل: 0.4A 75V, 72V 500mA و… که اگر جریان ازین مقدار بالاتر رود، این فیوز قطع می‌شود. شماتیک مداری پلی سوئیچ به شکل زیر است:

شماتیک پلی سوئیچ

در این قسمت با 10 تا از قطعات پرکاربرد الکترونیک آشنا شدید، اما وارد جزئیات و نحوه استفاده آن ها نشدیم. در قسمت های بعدی، هر کدام از آن ها را بیشتر خواهیم شناخت.
منبع انگلیسی (با کمی تغییر جهت بهبود)

> قسمت سوم – نماد و شماتیک های مداری