چگونه دیتاشیت بخوانیم؟ قسمت اول: قطعات آنالوگ

در گذشته برگه مشخصات تراشه‌ها (دیتاشیت) و قطعات الکترونیکی به راحتی در دسترس نبودند، از این رو تنها منبع موجود کتاب‌هایی بودند که توسط موسسات مختلف و حتی کمپانی‌های سازنده ادوات نیمه هادی منتشر می‌شد.   تا قبل از سال 2000 میلادی که اینترنت رواج چندانی نداشت، دیتاشیت‌ها با ماشین تحریر تایپ می‌شدند و اطلاعاتی کلی از قطعه (حداکثر دو تا 5 صفحه) در یک بروشور ساده قرار می‌گرفت. ضمن اینکه برای تهیه همچین اسنادی شما ناچار بودید با دفاتر نمایندگی کمپانی سازنده تماس بگیرید یا حتی مجموعه‌ایی از دیتاشیت‌ها را بخرید. تصویر شماره 3 یک کتاب مجموعه آی سی ایرانی است. در اینگونه کتاب‌ها تعدادی مدار مرجع هم وجود داشت. به طور نمونه تصویر 4 نقشه یک مدار آمپلی فایر با تراشه TDA2030 است:   موسساتی همچون ECA (کتاب‌هایش در ایران به کتاب جغدی معروف است)، GTP (منتشرکننده مجموعه کتاب‌های جیبی CMOS و TTL) و حتی تگزاس اینسترومنتس مجموعه‌هایی کتاب و دیتاشیت منتشر می‌کردند. با روی کار آمدن اینترنت، و در دسترس قرار گرفتن کامپیوترهای خانگی و شخصی، نرم‌افزارهایی همچون IC MASTER نیز به وجود آمدند، اما با روی کار آمدن اینترنت، آرام آرام کمپانی‌های تولیدکننده به این فکر افتادند که برگه مشخصات را در وبسایت‌های خودشان قرار دهند. با رشد انتشار برخط دیتاشیت، حجم این اسناد روز به روز بیشتر می‌شد. به نحوی که اطلاعات بیشتری در دیتاشیت‌ها گنجانده می‌شد، ازجمله: توجه شود که برخی از قطعات بیش از یک دیتاشیت دارند و ممکن است اسناد وابسته دیگری اعم از Design Tips – Application Note و حتی اسنادی مکمل جهت برنامه‌نویسی و طراحی سخت‌افزار (در قطعات قابل برنامه‌ریزی) نیز برای آن وجود داشته باشد. در ادامه چند دیتاشیت و اسناد وابسته به آن را بررسی خواهیم کرد. هر دیتا شیت چند قسمت مهم دارد: در پیوست این فایل، یک نمونه دیتاشیت گنجانده شده که در آن قسمت‌های مختلف مشخص شده و شرح داده شده است. در دیتاشیت‌های قطعات دیجیتال موارد دیگری همچون جدول صحت، جدول تایمینگ، و راهنمای برنامه‌نویسی وجود دارد که در آینده مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

در صفحه اول دیتاشیت چه خبر است

کمپانی های سازنده تلاش می‌کنند تا حداکثر اطلاعات ضروری در یکی دو صفحه اول دیتاشیت به مخاطب منتقل شود تا انگیزه خرید او بالاتر رفته و قطعه مزبور را انتخاب کند. در صفحه اول دیتاشیت معمولا اولویت با قابلیت‌های قطعه و کاربردها است. سپس توضیحاتی مختصر در خصوص قطعه ارائه می‌شود و پس از آن پکیج‌های موجود و مرسوم قطعه نمایش داده می شود. در تصویر زیر پکیج‌های قطعه را مشاهده می‌کنید: در یکی دو صفحه اول دیتاشیت‌ها معمولا یک مدار مرجع قرار داده می‌شود: مدار مرجع معمولا عاری از مقادیر قطعات همچون مقاومت و … است، و در ادامه ی دیتاشیت‌ها مدارات دقیق‌تر و کامل‌تر معرفی می‌شود.

بقیه دیتاشیت چگونه است

یکی دو صفحه اول دیتاشیت را بررسی کردیم. در دیتاشیت برخی از آی سی‌ها و قطعات چند پایه، جدولی برای شناسایی و شرح یکایک پایه‌ها قرار داده شده است. اطلاعات این جدول برای کسانی که قصد دارند مدل کتابخانه‌ایی قطعه (جهت طراحی شماتیک و PCB ) را بسازند مفید است. در تصویر 9 جدول مزبور مشاهده می شود. پس از آن خصوصیات قطعه بررسی و ارائه می‌شود. در تمامی قطعات الکترونیکی مشخصاتی هستند که به نحوی حداکثر مقادیر مجاز قطعه هستند. به این کمیات مقادیر بیشینه‌ی مطلق گفته می‌شود. به طور مثال گفته می‌‍شود فلان خودرو 200 کیلومتر بر ساعت می‌رود، این بدان معنا است که خودروی مزبور بدون هیچ مشکلی می‌تواند به سرعت مورد نظر برسد. یا ارتفاع پروازی یک هواپیما 10 کیلومتر است، یعنی این هواپیما در ارتفاع زیر ده کیلومتر به طور ایمن کار می‌کند. مقادیری که در جدول Absolute Maximum Ratings یا همان مقادیر بیشینه مطلق درج می‌شوند، شرایط و حدودی هستند که مطلقاً نباید از آن‌ها تجاوز کرد. تجاوز از این مقادیر دو پیامد خواهد داشت:   به طور مثال جدول بالا بیان می‌کند که اختلاف بین ولتاژ ورودی و خروجی نمی‌تواند بیشتر از 40 ولت باشد. یا تراشه LM338 در دمای زیر صفر و دمای بالاتر از 125 درجه نمی‌تواند کار کند. (احتمال آسیب دیدگی قطعه نیز وجود دارد)

جدول مشخصات الکتریکی قطعه

جدولی که در تصویر 11 مشاهده می‌شود، در واقع قلب دیتاشیت است. در این جدول تمامی ریز مشخصات الکتریکی قطعه و شرایط اندازه‌گیری آن آورده شده است. اگر بخواهیم متوجه شویم قطعه‌ایی که در اختیار داریم اصلی است یا خیر، کافی است با شرایط و مداراتی که در دیتاشیت و این جدول آمده است قطعه را تست کنیم و مقادیر جدول را با مقادیری که تست می شود مطابقت دهیم. اگر قصد دارید قطعه‌ایی را به تعداد زیاد تهیه کنید، ابتدا تعداد کمی را نمونه تهیه کنید و مورد تست قرار دهید. ما همین قطعه LM338 را تهیه کردیم و مورد تست قرار دادیم. مشخصاتی که دریافت کردیم برای LM317 بود! و در جریان حدود 2 آمپر قطعه می‌سوخت!

نمودارها و مشخصات قطعه

این قسمت از دیتاشیت در قطعات آنالوگ و حسگرها بسیار مرسوم است. نمودار هایی که رابطه ورودی و خروجی، تاثیر دما و مصرف توان و اطلاعات مفید دیگری ارائه می‌کنند.

شرح قطعه با جزئیات

این یک شرح کامل از نحوه کارکرد قطعه موردنظر و نقش یک یک قطعات جانبی در مدار نمونه آن است. همچنین فرمول‌ها و روابط حاکم بر قطعه در این قسمت بررسی می‌شود. اگر قصد دارید طراحی خوب و بی نقصی انجام دهید، مطالعه این قسمت از دیتاشیت را حتما انجام دهید.

مدارات کاربردی

در برخی از دیتاشیت‌ها تعدادی مدار کاربردی و تحلیل‌های مربوط به آن قرار دارد. این مدارات باعث می‌شوند مصرف قطعه مزبور بیشتر باشد از این رو همواره گزینه‌ی مناسبی نخواهند بود. در برخی از دیتاشیت‌ها این بخش وجود ندارد یا با شرح کامل قطعه ادغام می‌شود. در تصویر مقابل جدول قطعات مدار نمونه بالا مشاهده می‌شود.

 Layoutنمونه

در بعضی از دیتاشیت‌ها یک طرح از جایابی و سیم کشی روی برد مدارچاپی (PCB) وجود دارد تا طراح بتواند راحت‌تر مدار خود را پیاده‌سازی نماید.

مشخصات مکانیکی

در انتهای هر دیتاشیت معمولا اطلاعاتی از نحوه کدگذاری قطعه و سپس ابعاد و اندازه‌های مکانیکی قطعه درج می‌شود. این ابعاد برای طراحی مدل قطعه در نرم‌افزار های طراحی PCB کاربرد دارد.

تمرین‌ها

1. با مراجعه به دیتاشیت NE555 یا LM555 یک مدار اسیلاتور با duty cycle پنجاه درصد بیابید.
2. یک بورد دچار خرابی در دیود ورودی به شماره 1N4003 شده است، در جعبه ابزار ما 1N4007 و 1N4001 موجود است. با مراجعه به دیتاشیت مشخص کنید کدام دیود را می‌توان جایگزین کرد.
3. دریک نقشه دیود SS34 مورد نیاز است، این قطعه را شناسایی کنید.
4. آیا می‌توان تراشه HT8950 را بجای HT8950A استفاده کرد؟ چرا؟
5. چه تفاوتی بین MCP2551-I/P و MCP2551-I/SN وجود دارد؟
6. به دیتاشیت MP1584 مراجعه کنید و یک مدار با خروجی 5V بیابید.
7. تفاوت LM1117-5.0 با LM7805 را بیان کنید و با توجه به دیتاشیت بگویید کدام مورد برای سیستم‌هایی که با باتری کار می‌کنند گزینه بهتری هستند.

خواهشمند است تمرین‌ها را حداقل جهت یادگیری خودتان انجام دهید. دانلود دیتا شیت LM138  که نکات مهم در آن مشخص شده است.