نماد لامپ خلاء، باتری و گیت منطقی در شماتیک | قسمت هفتم آموزش شماتیک

در قسمت ششم آموزش شماتیک به بررسی نمادهای مواد رسانا، کابل‌ها، دیودها و ترانزیستورها پرداختیم. در این قسمت، قصد داریم درباره نماد لامپ خلاء، باتری و گیت منطقی صحبت کنیم. پس تا پایان این مطلب ما را همراهی کنید.

1. تیوب الکترونی (لامپ خلاء)

تعریف لامپ خلاء

لامپ خلاء از جمله قدیمی‌ترین اجزای الکترونیکی می‌باشد که درگذشته به طور گسترده در تجهیزات الکترونیکی کاربرد داشت. این لامپ می‌تواند حرکت الکترون‌ها را در یک محفظه (شیشه‌ای) نزدیک به خلاء خود، با واردشدن ولتاژ به الکترون‌های خود کنترل کند.

شکل 1 نماد قسمت های مختلف یک لامپ خلا که اغلب در دیاگرام های شماتیک استفاده می شوند را نشان می دهد.

شکل 2 نماد شماتیک یک لامپ خلاء دیود یا دو قطبی را نشان می‌دهد. این دستگاه دو عنصر دارد: یک آند (به عنوان پلیت نیز شناخته می‌شود) و یک کاتد. در این لامپ، مانند دیود نیمه‌رسانا، وقتی دستگاه جریان را هدایت کند، معمولاً آند نسبت به کاتد مثبت است. کاتد الکترون‌ها را از طریق خلاء به آند منتقل می‌کند. یک فیلامنت سیم داغ (hot-wire)، مانند یک لامپ کوچک با توان پایین، کاتد را گرم می‌کند تا به خارج شدن الکترون‌ها از آن کمک کند.

شکل 1: نماد قسمت های مختلف یک لامپ خلا را نشان می دهد. تصویر A: فیلامنت کاتد حرارتی، تصویر B: کاتد حرارتی، تصویر C: کاتد سرد، تصویر D: فوتوکاتد، تصویر E: آند (پلیت)، تصویر G: صفحه انحراف‌دهنده، تصویر H: صفحات بیم فورمینگ (Beam-forming)، تصویر I: قسمت پر شده از خلاء و تصویر J: قسمت پر شده از گاز (gas-filled)

شکل 2: نماد شماتیک یک لامپ خلاء دو قطبی با کاتد حرارتی را نشان می دهد. در این نماد، یک فیلامنت وجود دارد، اما معمولا برای ساده تر شدن آن، این فیلامنت از نماد این لامپ حذف می شود.

✅نکته

تمام عناصر لامپ خلاء با یک دایره احاطه شده‌اند که نشان‌دهنده پوشش اطراف لامپ خلاء است. گاهی اوقات، در برخی از نمادهای شماتیک لامپ خلاء، این دایره حذف می‌شود، اما این کار، استاندارد نیست.

شکل 3 دو نسخه از یک لامپ خلأ تریود (triode) یا سه قطبی را نشان می‌دهد که شامل همان بخش های لامپ خلاء دو قطبی است و فقط یک خط تیره برای نشان دادن گرید به آن اضافه شده است.

لامپ خلاء قسمت A شکل 3، دارای کاتد حرارتی است که در آن فیلامنت و کاتد یک شیء فیزیکی هستند! در اینجا، ما ولتاژ منفی کاتد را مستقیماً به سیم فیلامنت وصل می‌کنیم و هیچ کاتد جداگانه‌ای وجود ندارد. در قسمت B شکل 3، نماد یک لامپ خلاء سه‌قطبی (ترایود) با کاتد غیرمستقیم را مشاهده می‌کنیم. در این نماد، فیلامنت در داخل کاتد قرار دارد که شامل یک استوانه فلزی است که در امتداد محور عمودی مرکزی لامپ خلاء قرار دارد.

در لامپ‌های خلاء سه‌قطبی، دو گرید وجود دارد. برای نمایش یکی از آن‌ها، ما به یک خط تیره اضافی نیاز داریم، همان‌طور که در شکل 4 نشان‌داده‌شده است. در لامپ سه‌قطبی، گرید بالاتر که به آند نزدیک‌تر است، اسکرین (صفحه‌نمایش) نامیده می‌شود. شکل 5 نمادهای لامپ پنتود (Pentode) یا پنج قطبی را نشان می‌دهد که این لامپ دارای سه گرید و پنج قسمت است. در لامپ پنتود، گرید دوم (از پایین‌به‌بالا) صفحه‌نمایش است و گرید سوم (در زیر صفحه (پلیت)) suppressor نامیده می‌شود. در هر دو شکل 4 و 5، نماد سمت چپ (در تصویر A) دستگاهی را با کاتد حرارتی مستقیم نشان می‌دهد، درحالی‌که نماد سمت راست (در تصویر B) دستگاهی را با کاتد حرارتی غیرمستقیم نشان می‌دهد.

شکل 3: قسمت  Aنماد یک لامپ تریود یا سه قطبی با کاتد حرارتی مستقیم و قسمت  Bنماد یک لامپ سه قطبی با کاتد حرارتی غیر مستقیم را نشان می دهد.

شکل 4: قسمت A نماد یک لامپ تترود (tetrod) با کاتد حرارتی مستقیم و قسمت B نماد یک لامپ تترود با کاتد حرارتی غیر مستقیم را نشان می دهد.

شکل 5: قسمت A: نماد یک لامپ پنتود (پنج قطبی) با کاتد حرارتی مستقیم و قسمت B: نماد یک لامپ پنتود (پنج قطبی) با کاتد حرارتی غیر مستقیم

✅نکته

در تمامی نمادهای لامپ خلاء نشان‌داده‌شده در این مقاله، جهت جریان الکترون‌ها از پایین‌به‌بالا است. این الکترون‌ها از بخش کاتد خارج شده، از طریق گرید(ها) (در صورت وجود) حرکت کرده و در نهایت، به صفحه (پلیت) می‌رسند. گاهی اوقات نماد لامپ خلأ، حالت خوابیده دارد. در چنین شرایطی، جهت جریان الکترون‌ها از سمت کاتد به صفحه (پلیت) است.

در برخی از لوله‌های خلأ، دو مجموعه جداگانه و مستقل از الکترودها در یک پوشش واحد قرار دارند.

درصورتی‌که در یک لامپ خلاء، دو مجموعه الکترود مستقل در یک پوشش واحد قرار بگیرد، این نوع لامپ‌ خلاء، “لامپ خلاء دوگانه (dual tube)” نامیده می شود و اگر دو مجموعه الکترود مستقل در یک پوشش واحد قرار داشته باشند و هر دو مجموعه الکترود مشابه هم هستند، این نوع لامپ‌ خلاء، با نام‌های “دیود dual، ترایود (تریود) dual، تترود dual یا پنتود dual” شناخته می‌شود.

شکل 6 نماد شماتیک یک لامپ خلاء تریود (سه قطبی) دوگانه با کاتدهای حرارتی غیرمستقیم را نشان می دهد.

شکل 6: نماد شماتیک یک لامپ تریود دوگانه

در برخی از گیرنده‌های رادیوها و تلویزیون‌های قدیمی، از لامپ‌هایی خلاء چهار یا پنج گریدی استفاده می‌شد. این لامپ‌ها شش و هفت بخش داشتند و به ترتیب هگزود (hexodes) و هپتود (heptodes) نامیده می‌شدند. نماد هگزود در قسمت A شکل 7 و نماد هپتود در قسمت B نشان‌داده‌شده است.

شکل 7: قسمت A، نماد یک لامپ هگزود. قسمت B، نماد یک لامپ هپتود را نشان می دهد.

*لامپ پنتود (heptode) با عنوان مبدل pentagrid نیز شناخته می‌شود.

✅نکته

امروزه، در حوزه الکترونیک‌، دیگه شما با hexodes و heptodes روبه‌رو نخواهید شد. بااین‌حال، اگر شما  به کار با رادیوهای قدیمی علاقه دارید، آشنایی با این دستگاه‌ها برایتان مفید خواهد بود.

2. باتری

تعریف باتری

باتری قطعه‌ای متشکل از یک یا چند سلول الکتروشیمیایی با اتصالات خارجی می‌باشد که برای تأمین انرژی دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌شود.

یک باتری اغلب به‌عنوان منبع تغذیه مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود. شکل 8 نماد شماتیک یک باتری را نشان می دهد.

شکل 8: نماد شماتیک باتری

باتری‌های الکتروشیمیایی با خروجی‌های ولتاژ بالاتر دارای سلول‌های الکتروشیمیایی متعددی هستند که به‌صورت سری (از منفی به مثبت) به هم متصل شده‌اند. نماد شماتیک یک باتری چندسلولی در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9: نماد شماتیک یک باتری الکتروشیمیایی چند سلولی

شکل 10: نماد سه سلول الکتروشیمیایی که به صورت سری به هم متصل شده اند و یک باتری تشکیل داده اند.

3. گیت منطقی

تعریف گیت منطقی

گیت‌های منطقی، به‌عنوان عناصر اصلی الکترونیک دیجیتال، برای انجام عملیات منطقی بر روی سیگنال‌های دیجیتال کاربرد دارند. این گیت‌ها اغلب با استفاده از ترانزیستورها و مقاومت‌ها ساخته می‌شوند و وظیفه انجام عملیات های منطقی مثل جمع، ضرب، نمایش، تغییر و ترکیب سیگنال‌های دیجیتال را به عهده دارند.

همه دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال از گیت‌های منطقی برای انجام عملیات‌های منطقی خاص استفاده می‌کنند. این گیت‌های منطقی که می‌توانند یک تا چند ورودی داشته باشند و (معمولاً) یک خروجی، دارند. دستگاه‌های منطقی دو حالت دارند که با ارقام 0 و 1 نشان داده می‌شوند که رقم 0 “پایین” و رقم 1 “بالا” نامیده می‌شود.

یک اینورتر منطقی که گیت NOT نیز نامیده می‌شود، یک ورودی و یک خروجی دارد. این دستگاه وضعیت ورودی و خروجی را برعکس می‌کند. اگر ورودی برابر 1 باشد، خروجی برابر 0 خواهد بود. اگر ورودی برابر 0 باشد، خروجی برابر 1 خواهد بود.

یک گیت OR می‌تواند دو یا چند ورودی داشته باشد (البته معمولاً فقط دو تا ورودی دارد). اگر مقدار دو یا همه ورودی‌ها برابر با 0 باشد، مقدار خروجی نیز 0 می شود. همچنین، اگر مقدار هر یک از ورودی‌ها برابر با 1 باشد، مقدار خروجی نیز 1 می شود.

• یک گیت AND می‌تواند دو یا چند ورودی داشته باشد (البته معمولاً فقط دو تا ورودی دارد). در این گیت، اگر مقدار دو یا همه ورودی‌ها برابر با 1 باشد، مقدار خروجی نیز برابر با 1 می شود. همچنین، اگر هر یک از ورودی ها برابر با 0 باشند، مقدار خروجی نیز 0 می شود.
• یک گیت OR را می‌توان با یک گیت NOT دنبال کرد. این ترکیب به ما یک گیت NOT-OR می‌دهد که اغلب به آن گیت NOR می‌گویند. در این گیت، اگر مقدار دو یا تمام ورودی‌ها برابر با 0 باشد، مقدار خروجی ها برابر با 1 است و اگر مقدار ورودی ها برابر با 1 باشد، مقدار خروجی برابر با 0 است.
• گیت AND را می‌توان با یک گیت NOT دنبال کرد. این ترکیب به ما یک گیت NOT-AND می‌دهد که اغلب به آن گیت NAND می‌گویند. در این گیت، اگر مقدار دو یا همه ورودی‌ها برابر با 1 باشد، مقدار خروجی برابر با 0 است و اگر مقدار هر یک از ورودی ها برابر با 0 باشد، مقدار خروجی برابر با 1 است.
• گیت exclusive OR که گیت XOR نیز نامیده می‌شود، دارای دو ورودی و یک خروجی است. در این گیت، اگر دو ورودی حالت یکسانی داشته باشند (یا هر دو 1 یا هر دو 0 باشند)، مقدار خروجی برابر 0 می شود. اما اگر دو ورودی حالت های مختلف داشته باشند (یعنی یکی 0 یکی 1)، مقدار خروجی برابر با 1 می شود.

شکل 11 نمادهای شماتیکی را نشان می دهد که مهندسان برای نشان دادن این گیت ها در دیاگرام های مدارها استفاده می کنند.

شکل 11: قسمت A: نماد گیت NOT، قسمت B: نماد گیت OR، قسمت C: نماد گیت AND، قسمت D: نماد گیت NOR، قسمت E: نماد گیت NAND و قسمت F: نماد گیت XOR