آموزش رسم بلوک دیاگرام برای مدارهای الکترونیکی| قسمت دوم آموزش شماتیک

در قسمت اول آموزش شماتیک به بررسی شماتیک و بیان مقدمه ای بر آموزش شماتیک پرداختیم. در این قسمت، قصد داریم درباره بلوک دیاگرام و کاربرد های آن برای مدارهای الکترونیکی صحبت کنیم. پس تا پایان سیسوگ را همراهی کنید.

بلوک دیاگرام چیست؟

یک بلوک دیاگرام ساختار کلی یک دستگاه یا سیستم الکترونیکی را نشان می‌دهد. همچنین، یک بلوک دیاگرام می‌تواند نسخه ساده شده‌ای از یک مدار باشد که با جداسازی اجزا اصلی و نشان‌دادن اینکه این اجزا چگونه با هم تعامل دارند، ارائه می‌شود.

مثال

شکل 1، تصویر بلوک دیاگرام یک دستگاه است که جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند. ترمینال سمت چپ ورودی جریان AC را دریافت می‌کند. در این دیاگرام، از سمت چپ به راست، برق از طریق ترانسفورماتور، رکتیفایر و فیلتر عبور می‌کند و در نهایت، خروجی آن به صورت جریان DC است. در این حالت، خطوطی که بلوک‌ها را به هم متصل می‌کنند، پیکان ندارند؛ زیرا خوانندگان به طور ناخودآگاه، فرض می‌کنند که جهت عبور جریان از سمت چپ به راست است.

ترمینال ورودی در انتهای سمت چپ بلوک دیاگرام و ترمینال خروجی در انتهای سمت راست آن، قرار دارد. در بلوک دیاگرام‌های پیچیده‌تر، خطوط ارتباطی می‌توانند شامل پیکان باشند که این پیکان‌ها نشان می‌دهند که هر بلوک دیاگرام بر کدام یک تأثیر می‌گذارد یا جهت کلی جریان سیگنال را نشان می‌دهند که بدون وجود این پیکان‌ها، ممکن است جهت این جریان واضح نباشد.

شکل 1: بلوک دیاگرام کانورتر (مبدل) AC به DC. برق از سمت چپ به راست جریان دارد.

کاربردهای بلوک دیاگرام

مهندسان الکترونیک از بلوک دیاگرام‌ها به روش‌های مختلفی استفاده می‌کنند. بلوک دیاگرام‌ها معمولاً اتصالات بین بلوک‌ها را نشان می‌دهند.

مهندسان الکترونیک از بلوک‌های دیاگرام به روش‌های مختلفی برای نشان‌دادن اتصالات بین مدارهای کوچک در دستگاه‌های مختلف از سیستم‌های کوچک گرفته تا سیستم‌های بزرگ استفاده می‌کنند.

به بلوک دیاگرام، دیاگرام فانکشنال نیز گفته می شود؛ زیرا آن ها عملکرد پایه مدارهای الکترونیکی را نشان می‌دهند. بلوک دیاگرام یا دیاگرام فانکشنال توضیح ساده‌ای از نحوه عملکرد دستگاه ارائه می‌دهد؛ همچنین، این دیاگرام می‌تواند اطلاعات را به صورت واضح تری نسبت به دیاگرام شماتیک ارائه کند.

دو مورد از مهم ترین کاربردهای بلوک دیاگرام ها را در ادامه مورد بررسی قرار می دهیم.

طراحی مدار های الکترونیکی پیچیده

طراحی مدارهای الکترونیکی پیچیده با رسم بلوک دیاگرام شروع می‌شود. این دیاگرام تمام بخش های مدار را نشان می‌دهد و این بخش ها در بلوک دیاگرام، به‌صورت کلی نمایش داده می‌شوند. در مرحله بعد، طراح، شماتیک هر بلوک دیاگرام این مدار را به‌طوری همه المان‌ها به‌درستی در کنار هم قرار گرفته باشند و عملکرد مناسبی داشته باشند، طراحی می‌کند. سپس در دیاگرام اولیه، شماتیک هر بلوک رسم می‌شود.

بعد از آن، تکنسین یا مهندس طراح به ترتیب هر بلوک را حذف و شماتیک هر بلوک را جایگزین آن می‌کند. به همین ترتیب، تمامی بلوک‌ها حذف و شماتیک معادل آنها جایگزین می‌شود تا مدار موردنظر کامل شود و حالا مدار را با جزئیات کامل داریم.

دیباگ کردن مدار یک سیستم

یکی دیگر از کاربردهای بلوک دیاگرام برای رسم یک شماتیک پیچیده است که یکی از اجزای آن به‌درستی کار نمی‌کند و ایراد دارد. با اینکه دیاگرام شماتیک، عملکرد یک مدار الکترونیکی را به درستی نشان می‌دهد، اما باز هم به‌درستی و قابل‌فهم بودن یک بلوک دیاگرام فانکشنال نیست. در نبود بلوک دیاگرام، تکنسین باید با دیاگرام شماتیک شروع کند و هر استیج مدار را مشخص کند که کار واقعاً سخت و زمان‌بری است. سپس باید دیاگرام کل سیستم را به‌صورت بلوک دیاگرام رسم کند. اکنون، بلوک دیاگرام نشان می‌دهد که هر بخش به چه صورت با سایر بخش‌ها در ارتباط است.

در این روش، یک یا چند بیشتری استیج مشخص می شوند که مشکل دارد. سپس تکنسین می تواند به شماتیک اصلی مدار مراجعه کند و با تست جریان بخش های مختلف، بر اساس دانش و اطلاعات خود، تعیین کند که کدام قطعات در هر استیج مشکل دارد و برای رفع آن مشکل اقدام کند.

نکته

در عمل، شما در بسیاری از مواقع، با بلوک دیاگرام مواجه خواهید شد. بلوک دیاگرام، عملکرد اصلی یک دستگاه یا سیستم الکترونیکی را توصیف می‌کند. این دیاگرام، زمانی که نیازی به شناخت عملکرد تک تک اجزایء تشکیل‌دهنده مدار نیست، بسیار مفید است.

برای توصیف عملکرد یک نوع خاص از فرستنده (ترانسمیتر) بی‌سیم، مانند یک فرستنده صدای مدوله شده (AM)، (مثل نوعی که در رادیوهای Citizens Band (CB) استفاده می‌شود) می‌توان از بلوک دیاگرام استفاده کرد.

این دیاگرام برای اکثر فرستنده‌های رادیویی با صدای AM قابل‌استفاده است. البته، هیچ دو فرستنده ساخته شده توسط تولیدکنندگان مختلف دقیقاً مشابه هم نیستند، اما در همه آن‌ها، بخش‌های اصلی مدار، یکسان است. برای مثال، یک نوع اسیلاتور ممکن است متفاوت با نوع دیگر کار کند، اما همه آن‌ها یک کار را انجام می‌دهند: تولید یک سیگنال فرکانس رادیویی (RF)!

زمانی که نیاز داریم تفاوت‌های بین مدارهایی که در اصل کارهای یکسانی  انجام می‌دهند؛ ولی اجزا آن‌ها با هم تفاوت دارند را بشناسیم، دیاگرام شماتیک بهترین گزینه است.

شکل 2 شامل یک بلوک دیاگرام است که اجزای مختلف یک مدار چراغ استروب را نشان می دهد. برای درک چگونگی کار آن، به صورت بلوک به بلوک از دیاگرام پیش می رویم. سیگنال ورودی از سمت چپ وارد می شود که این یک جریان AC (جریان متناوب) است.

شکل 2: بلوک دیاگرام یک مدار طراحی شده برای تأمین برق یک چراغ استِروب (چشمک‌زن) است. فلش‌ها جهت جریان الکتریسیته را نشان می‌دهند.

در ایالات متحده و برخی از کشورهای دیگر، جریان AC دارای ولتاژ اسمی 117 ولت (V) و فرکانس 60 هرتز (هرتز) است. البته باید این نکته را اضافه کنیم که در برخی کشورها ولتاژ اسمی حدود 234 ولت و همچنین، در برخی از آن‌ها، فرکانس به‌جای 60 هرتز، برابر با 50 هرتز است.

جریان ورودی AC وارد یک فیوز و همچنین، یک ترکیب از اجزای الکترونیکی می‌شود که زمان‌بندی را فراهم می‌کند. مسیر بالایی که فیوز در آن قرار دارد، به یک رکتیفایر نوع دیود منجر می‌شود و خروجی رکتیفایر به یکی از سه‌پایه لامپ استروب می‌رود.

همچنین، رکتیفایر خروجی را به یک تنظیم‌کننده ارائه می‌دهد که نرخ فلش قابل تنظیمی را برای لامپ فراهم می‌کند. خروجی از تنظیم‌کننده به یک ترانسفورمر می‌رود که دو خروجی موردنیاز دیگر لامپ را فراهم می‌کند.

مسیرهای جریان و سیگنال

شکل 3 منبع تغذیه ای را نشان می دهد که چندین ولتاژ مختلف تولید می کند و از سمت چپ (ورودی) به سمت پایین و راست (خروجی ها) این دیاگرام در جریان است. توجه داشته باشید که این یک مدار برقی با ولتاژ AC (ولتاژ متناوب) 120 ولتی است که مقدار آن بسیار نزدیک به ولتاژ nominal (اسمی) 117 ولتی AC است که در بیشتر پریزهای برق در ایالات متحده وجود دارد.

شکل 3: بلوک دیاگرام یک منبع تغذیه با چندین خروجی مختلف

ورودی جریان AC از طریق یک فیلتر عبور کرده و سپس به دو مسیر تقسیم می‌شود. بخشی از جریان AC به ترانسفورمر پایینی می‌رود که خروجی 16 و 3 ولت جریان متناوب AC را به همراه اتصال زمین فراهم می کند.

سپس از قسمت فیلتر، ولتاژ ورودی به یک ترانسفورمر دیگر می‌رود که در آن ولتاژها به جریان DC (جریان مستقیم) تبدیل می‌شوند. همچنین، یکی از خروجی‌های ترانسفورمر به یک رکتیفایر می‌رود که بدون هیچ تنظیم ولتاژی، می‌تواند 12 ولت جریان DC تولید کند. خروجی دیگر ترانسفورمر به یک رکتیفایر جداگانه می رود که او نیز می تواند بدون هیچ تنظیم ولتاژی، 18 ولت جریان مستقیم DC تولید کند.

همچنین، این خروجی ترانسفورمر به‌عنوان یک دتکتور تشخیص‌دهنده (diagnostic) برای شرایطی که سیستم خاموش است، استفاده می‌شود. این لاین به لاین خروجی دتکتور ولتاژ متصل می‌شود و با تنظیم ولتاژ، می‌تواند 12 ولت جریان مستقیم (DC) تولید کند.

نکته

رسم بلوک دیاگرام‌ها نسبتاً آسان است و شکل‌های آن‌ها به‌صورت مربع‌ها یا مستطیل‌هایی به همراه خطوط ارتباطی (گاهی با پیکان) است. بلوک دیاگرام‌های پیشرفته‌تر نیز شامل مثلث‌ها هستند که بلوک‌های اطراف آمپلی‌فایرهای درون مدارهای یکپارچه (ICs) که با نام عنوان چیپ‌ها نیز شناخته می‌شوند را نشان می‌دهند.

شکل 4: بلوک دیاگرام فرستنده رادیویی مدوله شده با دامنه (AM)

شکل 4 بلوک دیاگرام یک فرستنده رادیویی AM است. میکروفون از قسمت پری آمپلی فایر به ورودی آمپلی فایر صدا می رود (به جهت فلش توجه کنید).

خروجی آمپلی‌فایر صدا به شبکه تطبیقی (matching network) می‌رود سپس به بخش آمپلی‌فایر RF می‌رود. اسیلاتور کریستال نیز به بخش آمپلی‌فایر RF متصل است و خروجی آن نیز به شبکه تنظیم RF می‌رود.

تنها یک اتصال بین بخش صدای مدار و بخش RF وجود دارد: اتصال بین شبکه تطبیقی و آمپلی‌فایر RF. این بلوک دیاگرام با پیکان‌های خود، نه‌تنها نحوه اتصال اجزای سیستم به یکدیگر را نشان می‌دهد، بلکه توالی ایونت‌ها (رویدادها) یا جهت جریان سیگنال را نیز نشان می‌دهد.

کلام آخر

دوستان این بود قسمت دوم آموزش شماتیک، در این قسمت به بررسی دیاگرام و کاربردهایی که در مهندسی الکترونیک دارد پرداختیم.

در قسمت های بعدی به بررسی فلوچارت ها می پردازیم.

خوشحال میشیم نظرتون رو راجع به این دوره آموزشی با ما به اشتراک بزارید.