آموزش الکترونیک به زبان ساده – قسمت سوم – نماد و شماتیک‌های الکترونیکی

در قسمت قبل، با تعدادی از قطعات پر کاربرد در الکترونیک آشنا شدیم. من عاشق مدارهای الکترونیکی هستم و دوست دارم که آن‌ها را بر روی کاغذ بکشم. این طراحی و نقاشی، صرفاً یک کار هنری نیست، بلکه یک علم است! علمی که اصلاً خسته‌کننده نیست! همین نمادها و مدار الکترونیکی که روی کاغذ می‌کشیم، ممکن است پاسخ بسیاری از مسائل باشد. توی این قسمت، می‌خواهیم با شماتیک و نمادهای الکترونیکی آشنا شویم!
پس با این مقاله از سیسوگ همراه باشید!

نماد های الکترونیکی و شماتیک

فرض کنید ما مداری داریم که از چند خازن و باتری و… تشکیل شده و می‌خواهیم آن رو روی کاغذ بکشیم. اگر بخواهیم همه آن قطعات رو مثل خودشان روی کاغذ بکشیم، هم وقت زیادی از ما می‌گیرد و هم حجم زیادی از صفحه را اشغال می‌کند، به همین خاطر، مثلاً به‌جای کشیدن یک خازن یا باتری بزرگ روی صفحه، فقط یک نماد قرار می‌دهیم که نشان‌دهنده آن قطعه باشد، و با خودمان قرار می‌گذاریم که مثلاً فلان نماد، نشان‌دهندهٔ باتری است.
برای اینکه این نمادها همه جای دنیا شناخته بشود، باید از یک استاندارد استفاده کنیم. اکثر نمادهای الکترونیکی، مطابق استانداردهای بین‌المللی  (IEEE Std 315) و استاندارد بریتانیا (BS 3939) هستند. اما بازهم ممکن است از کشوری به کشور دیگر یا هر رشته مهندسی، متفاوت باشد، بااین‌حال می‌توانیم همهٔ آنها را به‌راحتی تشخیص دهیم. تصویری هم که به کمک نمادها ساخته می‌شود را شماتیک می‌گوییم.
برای اینکه بتوانیم یک شماتیک مداری رسم کنیم، ابتدا باید با نمادهای الکترونیکی آشنا شویم. یادگیری این نمادها در طراحی مدار و ترسیم آن بسیار مهم است.

لیست نمادهای الکترونیکی

در ادامه به تعدادی از قطعات و نمادهای پرکاربرد می‌پردازیم .
من هم سبک EU/IEC و هم سبک US را دوست دارم؛ بنابراین، برای هر قطعه هر دو نماد رو معرفی می‌کنیم. این دو نماد رنگ ندارند، اما من سبک خود را هم استفاده می‌کنم که در آن رنگ بکار برده شده است و دلیل اصلی این کار این است که اکثر بچه‌ها رنگ را دوست دارند. ممکن است نمادهای مداری که بنده استفاده می‌کنم، به‌عنوان استاندارد مورد تأیید نباشد، و فکر می‌کنم بیشتر مردم می‌توانند آنها را بهتر درک کنند و بیشتر دوست داشته باشند.

نماد سیم و اتصالات در مدار

برای اتصال قطعات الکترونیکی به یکدیگر از سیم استفاده می‌کنیم. تمامی قطعات الکتریکی و الکترونیکی برای اتصال به یکدیگر نیاز به سیم (هادی) دارند. در شماتیک، سیم‌ها به‌صورت خطوط رسم می‌شوند.

سیم های متصل بهم

نماد مداری سیم های متصل بهم

بهتر است در محل اتصال سیم‌ها به هم یک نقطه قرار دهید تا مشخص شود که این خطوط واقعاً به هم متصل هستند یا به‌اصطلاح short cirquit (اتصال کوتاه) شده‌اند.

سیم های جدا از هم

نماد مداری سیم های جدا از هم

گاهی اوقات ممکن است سیم‌ها یا خطوط، به یکدیگر متصل نباشند و فقط از روی‌هم عبور کرده باشند. بسیار مهم است که نشان دهید این خطوط به هم متصل نیستند. در شکل زیر، دو نمادی را می‌بینید که در آن سیم‌ها به هم دیگر متصل نیستند. برای افراد مبتدی، من نماد دوم را انتخاب می‌کنم، چون کاملاً واضح است که سیم شبیه یک پل از رودخانه عبور می‌کند!

منابع تغذیه

منابع تغذیه سلولی

نماد مداری سلول ها

سلول ها، انرژی یا منبع تغذیه یک مدار هستند.

منبع تغذیه DC

نماد مداری منبع تغذیه DC

گاهی اوقات بجای استفاده از باتری، از منبع تغذیه استفاده می کنیم. وقتی ولتاژ ما DC است، یعنی جهت + و – آن مشخص باشد، و اتصال برعکس جریان ممکن است به مدار ما آسیب برساند.

منبع تغذیه AC

نماد مداری منبع تغذیه AC

انرژی الکتریکی اصلی که در خانه‌ها و پریز برق وجود دارد، به‌صورت AC است. AC مخفف Alternating Current Supply است که به‌طور مداوم جهت + و – آن تغییر می‌کند. بنابراین هنگام اتصال یک منبع تغذیه AC، جهت اتصال فرقی نمی‌کند و همانند منبع تغذیه AC باید میزان ولتاژ را نیز در کنار این نماد بنویسیم.
تصویر سمت چپ، خطوط اتصال AC را نشان می‌دهد، نماد وسط منبع تغذیه AC و سمت راست نماد ساخته من و نشان دهنده دوشاخ برق است! معمولاً نماد وسط بیشتر بکار می‌رود.

نماد مداری باتری

نماد مداری باتری

باتری (به اختصار ‘B’) انرژی الکتریکی را تأمین می‌کند. درون ساختار باتری، از دو یا چند سلول تشکیل شده است، به همین خاطر جزء منبع تغذیه سلولی محسوب می‌شود. قطب مثبت باتری، معمولاً رو به بالا قرار می‌گیرد و خط نشان دهنده آن نسبت به قطب منفی، بزرگ‌تر است. شما باید حتماً مقدار ولتاژ باتری را در کنار نماد اضافه کنید. به عنوان مثال، 1.2 ولت، 1.5 ولت، 9 ولت، 12 ولت، چون خود نماد مقدار ولتاژ را نشان نمی‌دهد.

فیوز

نماد مداری فیوز

فیوز (به اختصار F) یک وسیله ایمنی است، اگر جریان زیادی بخواهد از مدار عبور کند، قبل از اینکه جریان وارد مدار ما شود، می‌سوزد تا جلوی عبور جریان را بگیرد و سایر دستگاه‌ها را نجات دهد!

ترانسفورماتور

نماد مداری ترانسفورماتور

ما اغلب از یک ترانسفورماتور (به اختصار ‘T’) به عنوان منبع ولتاژ AC استفاده می کنیم. ترانسفورماتور دارای دو سیم پیچ اولیه و ثانویه است که معمولا دور یک هسته آهنی پیچیده می شوند. هیچ ارتباط فیزیکی بین دو سیم پیچ وجود ندارد و جریان از طریق القا شدن، از سیم پیچ اولیه به ثانویه منتقل می شود. ما می دانیم از ترانسفورماتورها برای افزایش یا کاهش ولتاژ AC استفاده می شود.(اگر سیم پیچ اولیه از سیم پیچ ثانویه بزرگ تر باشد، ولتاژ AC القا شده به سیم پیچ دوم کاهش یافته و اگر سیم پیچ ثانویه بزرگ تر از سیم پیچ اولیه باشد، ولتاژ AC افزایش می یابد) جریان ثابت (DC) از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر منتقل نمی شود. مثلا در بعضی از آداپتور ها، برای کاهش برق شهر از ترانسفورماتور استفاده می کنند. سپس جریان AC کوچک شده را به DC تبدیل میکنند و میتوانیم از آن در مدارمان استفاده کنیم.

زمین

نماد مداری زمین

در بسیاری از مدارهای الکترونیکی، زمین به معنای 0 ولت (صفر ولت) یا سر منفی منبع تغذیه استفاده می‌شود. (به این معنی که اختلاف پتانسیل قسمت‌های دیگر مدار، نسبت به این نقطه سنجیده می‌شود.) این نماد به‌عنوان زمین (به‌اختصار ‘GND’) شناخته می‌شود. جالب است بدانید در برق شهر و برخی مدارهای رادیویی، واقعاً این قسمت به زمین متصل می‌شود!

مقاومت

نماد مداری پتانسیومتر

در قسمت‌های قبلی با کار مقاومت آشنا شدیم و دیدیم که جلوی جریان الکتریکی را گرفته و آن را محدود می‌کند. اکثر اوقات ما از مقاومت برای تقسیم ولتاژ به ولتاژهای کوچک‌تر استفاده می‌کنیم (در قسمت‌های بعدی یاد خواهیم گرفت) برای مثال با کمک یک مقاومت می‌توانیم یک LED را روشن کنیم.

مقاومت متغیر (پتانسیومتر)

نماد مداری مقاومت متغیر

مقاومت متغیر یا پتانسیومتر)به‌اختصار (POT 3پایه داشته و کاربردهای بسیار زیادی هم دارد. برای مثال، به کمک آن می‌توانیم ولتاژ را تغییر دهیم. در رادیوهای قدیمی، پیچی که برای کم‌وزیاد کردن صدا بود، یک مقاومت متغیر بود! همچنین می‌توانیم از آن به‌عنوان یک مبدل موقعیت (زاویه) به سیگنال الکتریکی استفاده کنیم. به این صورت که با چرخش آن، می‌توانیم ولتاژ خروجی را اندازه بگیریم و زاویه فعلی را اندازه بگیریم.

نماد خازن

نماد مداری خازن

یک خازن )به‌اختصار (C انرژی الکتریکی را درون خود ذخیره می‌کند. اگر داخل خازن را ببینید، دو صفحه هادی وجود دارد که توسط یک عایق از هم جدا شده‌اند. عایق میان این دو صفحه رسانا، دی‌الکتریک نام دارد. این دو صفحه این قابلیت را دارند که جریان را برای ما درون خودشان نگه دارند. خازن کاربردهای بسیار زیادی دارد، برای مثال در مدارهای فیلتر سیگنال و مدارهای زمان‌بندی استفاده می‌شود. همچنین می‌تواند سیگنال‌های DC را مسدود کند اما به سیگنال‌های AC اجازه عبور دهد که در ادامه درس‌ها یاد خواهیم گرفت. 

خازن پلاریزه یا قطبی

نماد مداری خازن پلاریزه

یک خازن پلاریزه هم مثل خازن معمولی بار الکتریکی را نیز ذخیره می‌کند. اما فقط باید دقت داشته باشید که قطب + و – خازن را به طور صحیح در مدارتان متصل کرده باشید. اگر خازن را به‌صورت معکوس وصل کنید، ممکن است به خازن آسیب برساند.

لید مثبت (+) یا منفی (-) خازن پلاریزه همیشه روی آن با نمادی مشخص می‌شود. خازن خود یک نوع فیلتر است! همچنین می‌تواند با افزودن یک مقاومت به آن، بک مدار تایمر بسازید.

خازن متغیر

نماد مداری خازن متغیر

می‌توان ظرفیت خازن‌های متغیر را با چرخاندن میله‌ای روی صفحات داخل آنها تغییر داد. به طور معمول، آنها ظرفیت پایینی دارند. ما از این نوع خازن در تیونر رادیو و مدارات فرستنده گیرنده رادیویی استفاده می‌کنیم. دی‌الکتریک هوا است.

خازن تریمر

نماد مداری خازن تریمر

خازن تریمر یک نوع خازن متغیر است. اما از نظر ابعاد و ظرفیت خازنی بسیار کوچک‌تر است و معمولاً آن را با یک پیچ‌گوشتی کوچک یا ابزارهای دیگر تنظیم می‌کنیم. اغلب در مدارات فرستنده رادیویی (RF) و یا جایی‌هایی که تنظیم دقیق ظرفیت خازنی اهمیت دارد، آن‌ها را می‌بینیم.

نماد انواع دیود

دیود یکسو کننده (دیود سیلیکون)

دیود در مسیر جریان الکتریکی، مثل صورت شیرهای یک‌طرفه جریان عمل می‌کند. بیشتر از آنها در یک‌سو کننده استفاده می‌کنیم و از ورود جریان معکوس محافظت می‌کنیم.

دیود نورانی ( LED )

نماد مداری LED

LED مخفف light emitting diode یا دیود ساطع کننده نور است. این دیود در واقع یک نوع مبدل است که انرژی الکتریکی یا جریان الکتریکی را به نور تبدیل می کند. LED نسبت به بسیاری از منابع نور دیگر بسیار کارآمدتر است.

دیود زنر

نماد مداری دیود زنر

دیود زنر (به اختصار ZD) یک نوع دیود خاص است. ولتاژ ثابتی را در پایانه‌های خود نگه می‌دارد و پس از یک ولتاژ شکست، اجازه می‌دهد تا جریان در جهت معکوس جریان یابد.

فوتو دیود

نماد مداری فوتودیود

فوتو دیود (photodiode) نوعی دیود حساس به نور است که به آن light-sensitive diode هم گفته می‌شود. این قطعه به‌عنوان آشکارساز نور (photo-detector) استفاده می‌شود و مانند سلول خورشیدی نور را به ولتاژ یا جریان بسیار ضعیف تبدیل می‌کند. (البته سلول خورشیدی، خود به‌عنوان منبع تغذیه یا باتری به شمار می‌رود، اما فوتو دیود، در واقع ترانزیستوری است که کنترل پایه بیس آن به کمک نور انجام می‌شود و جریان کلکتور به امیتر را کنترل می‌کند.)

ترانزیستور NPN

نماد مداری ترانزیستور NPN

یک ترانزیستور (به‌اختصار ‘Q’) جریان یا ولتاژ را برای ما تقویت می‌کند. می‌تواند به کمک اجزای دیگر، برای ساخت یک تقویت‌کننده یا مدار سوئیچینگ استفاده شود.

جریان ورودی کوچک و یک ولتاژ مثبت به پایه بیس آن، اجازه می‌دهد تا یک جریان بزرگ از کلکتور به امیتر جریان یابد.

ترانزیستور NPN دارای یک لای نیمه‌هادی نوع P است که بین دولایه از نوع N قرار گرفته شده است. هر دو ساطع‌کننده و جمع‌کننده هستند.

به تصویری که ترتیب پایه‌های یک قطعه را به ما نشان می‌دهد، اصطلاحاً Pinout (پین اوت) می‌گوییم. پین اوت ترانزیستورهای NPN، معمولاً شبیه زیر است:

پین اوت یک ترانزیستور (Pinout)

ترانزیستور PNP

نماد مداری ترانزیستور PNP

ترانزیستور PNP (با علامت اختصاری ‘Q’) جریان را تقویت می کند. البته خیلی محبوب نیست، اما دانستن آن برای ما اهمیت دارد! ترانزیستور PNP هم مانند NPN کار می کند، یعنی با تزریق جریان کمی به پایه بیس، جریان زیادی را از کلکتور به امیتر نیز می دهد، اما در ولتاژ منفی کار می کند.

ترانزیستور PNP دارای لایه ای از نیمه هادی نوع N است که بین دو لایه از نوع P قرار گرفته شده است.

ترمیستور

ترمیستور (به اختصار ‘TH’) گرما را حس می کند و همانند مقاومت متغیر عمل می کند.

نمادهای دستگاه های صوتی و رادیویی بلندگو

بلندگو

بلندگو دستگاه مبدل است. که جریان نوسانی را به صدا تبدیل می کند. این دستگاه می‌تواند طیف وسیع‌تری از فرکانس‌های صوتی را نسبت به دستگاه Piezo-Transducer مانند buzzer تولید کند.

مبدل پیزو – Piezo Transducer

پیزو، یک خاصیت جالب و غیر عادی است که برخی مواد مثل سرامیک از خودشان نشان می دهند. به این صورت که با وارد کردن فشار به آن ها، از خودشان یک جریان بسیار کم آزاد می کنند و وقتی فشار نیز از روی آن ها برداشه شود، جریان معکوسی را تولید میکنند. از این خاصیت استفاده های بسیار زیادی در الکترونیک می شود و به آن پیزوالکتریک نیز گفته می شود. این کلمه از دو واژه‌ی یونانی پیزو به معنای فشار‌دادن و الکترون گرفته شده‌است. انواع سنسور های فراصوت، میکروفون، بازر و خیلی قطعات مهم و پرکاربردی هستند که به کمک همین ویژگی ساخته می شود. (می توانید در ویکی‌پدیا بیشتر بخوانید.) مبدل پیزو نیز به این علت گفته می شود که انرژی الکترونیکی را به انرژی مکانیکی و برعکس برای ما تبدیل میکند.

بلندگو پیزو الکتریک

بلندگو پیزوالکتریک

این مبدل نوعی از بلندگوهای پیزو است که جریان الکتریکی را به صدا تبدیل می کند و تن های ملودی را پخش می کند. البته قدرت و کیفیت بلندگو را ندارد، اما بسیار کم مصرف است و در درون بعضی از ماشین حساب های کوچک ممکن است آن را دیده باشید.

بازر

نماد مداری پیزو

پیزو بازر می تواند صدای بلندی با فرکانس حدود 1500 هرتز تولید کند.

میکروفون

میکروفون نوعی مبدل است که صدا را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و به اختصار “MIC” نامیده می شود.

کریستال های XTAL

نماد مداری کریستال یا XTAL

ما از XTAL Crystals برای تولید یک سیگنال الکترونیکی با فرکانس بسیار دقیق استفاده می کنیم. برای این کار از رزونانس مکانیکی یک کریستال پیزوالکتریک استفاده می شود.

نماد ابزار های اندازه گیری

ولت متر

نماد مداری ولت متر

ولت متر یک ابزار است که برای اندازه گیری ولتاژ در دو نقطه مدار استفاده می شود. نام اصلی ولتاژ “اختلاف پتانسیل” است، اما بیشتر مردم دوست دارند بگویند: ولتاژ!

آمپرمتر

نماد مداری آمپر متر

برای اندازه گیری میزان جریان عبوری در یک قسمت از مدار، از آمپرمتر استفاده می کنیم. برای اندازه گیری جریان، باید کل جریان از داخل آمپرمتر عبود کند. به همین خاطر آن را به صورت سری با مدار می بندیم. (با مدار های سری و موازی در آینده آشنا خواهیم شد.)

گالوانومتر

نماد مداری گالوانومتر

گالوانومتر یک جریان‌سنج بسیار بسیار حساس است که برای اندازه گیری جریان های کوچک، معمولاً 1 میلی آمپر یا کمتر استفاده می شود.

اهم متر

نماد مداری اهم متر

برای اندازه گیری مقاومت از اهم متر استفاده می کنیم.

مولتی متر

مولتی متر، دستگاهی است که چندین ویژگی، مثل ولتاژ، جریان و مقاومت را اندازه میگیرد و ما نیازی به خرید چندین دستگاه مجزا نداریم.

دستگاه های خروجی

لامپ نشانگر

نماد مداری لامپ

لامپ یک مبدل است که انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می کند. برای مثال، چراغی که در داشبود خودرو یک اخطاری را نمایش می دهد.

لامپ حبابدار یا رشته ای

نماد مداری لامپ حبابدار و رشته ای

موتور

نماد مداری موتور

موتور (با نماد M) یک مبدل است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (حرکتی) تبدیل می کند. همچنین، می تواند یک ژنراتور باشد. یعنی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

سلف

نماد مداری سلف

سلف یک سیم پیچ است. که با عبور جریان از آن میدان مغناطیسی ایجاد می کند. ممکن است یک هسته آهنی در داخل سیم پیچ وجود داشته باشد. همچنین مبدلی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی برای کشیدن چیزی است.

مدار مجتمع یا IC

تراشه های مختلف با توجه به تعداد پایه ها و کاربردی که دارند، نماد های مختلفی نیز دارند.

جمع بندی

خوب ما به کمک این شماتیک ها میتونیم مداراتمون رو روی کاغذ بکشیم. چجوری؟ جدول زیر یه مثال خیلی ساده داره که میتونه توی درک شماتیک مداری خیلی بهتون کمک کنه.

نظر یادتون نره ?

منبع انگلیسی ( با کمی تغییر)