در قسمت دهم آموزش شماتیک به بررسی مدارهای الکترونیکی پیچیده پرداختیم. در این قسمت نیز قصد داریم درباره ادامه این مبحث صحبت کنیم. پس تا پایان این مطلب ما را همراهی کنید.
شماتیک مدار دو طبقه (two-story)
شکل 1، یک دیاگرام پیچیده را نشان می دهد. در این شکل، سیستم به صورت “دو طبقه (two-story)” رسم شده است که در آن، آشکارساز و پیش تقویت کننده (پری آمپلی فایر) در قسمت بالا و تقویت کننده (آمپلی فایر) اصلی در قسمت پایین قرار دارد. این دو قسمت توسط یك خط به هم متصل شده اند که میانه این خط از C5 قرار دارد .همچنین، این خط، اتصال بین خروجی پری آمپلی فایر و ورودی آمپلی فایر را نشان می دهد.
شکل 1: شماتیک یک مدار کامل گیرنده رادیویی را نشان می دهد که برخی از مؤلفه های آن در بخش آمپلی فایر نسبت به شکل 4 قسمت قبل به روز شده اند. همچنین، در این مدار، بلندگو نیز نشان داده شده است.
از لحاظ فنی، این دیاگرام، ایرادی ندارد، اما بعضی افراد ترجیح می‌دهند تمامی اجزاء، در یک سطح قرار داشته باشند.
برای اینکه شکل 1 در یک سطح قرار گیرد، باید آن را بسیار کوچک یا به صورت کج روی صفحه ترسیم کنیم. البته ما در اینجا، یک گزینه دیگر هم داریم: می‌توانیم این شکل را روی یک صفحه‌ی تا شده ایجاد کنیم (مثل همان کاری که مجلات برای نمایش دادن تصاویر به صورت پوستر وسط انجام می‌دهند).
همچنین، روش دیگری نیز وجود دارد؛ به این صورت که می‌توان شماتیک را در چند صفحه قرارداد. در اینجا، استفاده از این روش ضروری نیست، اما هنگامی که بحث سیستم‌های بسیار پیچیده؛ مانند فرستنده/گیرنده های رادیوآماتوری، تلویزیون‌ها یا سخت افزار های بزرگ و پیچیده باشد، این روشی است که در اکثر موارد، مهندسان از آن استفاده می‌کنند.
شماتیک یک گیرنده رادیویی
-
- شکل 2 قسمت A: در این گیرنده‌ی رادیویی، مراحل کار تیونر، دتکتور و پری آمپلی فایر وجود دارند. فلش X نشان دهنده این است که شکل بعدی (قسمت B)، نسبت به این شکل، توسعه یافته است.
-
- شکل 2 قسمت B: آمپلی فایر و بلندگو در گیرنده رادیویی را نشان می دهد. فلش X نمایانگر امتدادی از شکل قبلی (قسمت A) است.
قسمت A شکل 2، شامل یک آشکارساز و یک پری آمپلی فایر در یک صفحه به صورت وارونه و یک اشاره گر خروجی است و قسمت B شکل 2، یک آمپلی فایر و یک اشاره گر ورودی را نشان می‌دهد.
✅نکته
در شکل 2 قسمت های A و B، پیکان‌های مثلث شکل، نمایانگر نقاطی هستند که قرار است به طور مستقیم به یکدیگر متصل شوند. در این حالت، ما فقط به یک مجموعه از این نوع پیکان‌ها نیاز داریم.
بعضی از مدارها به دو یا تعداد بیش‌تری از این پیکان‌ها نیاز دارند؛ در این صورت، می‌توانیم آنها را با حروف X ،Y و Z نام‌گذاری کنیم. سپس دو عدد X به یکدیگر، دو عدد Y به یکدیگر و دو عدد Z نیز به یکدیگر متصل می‌شوند.
بررسی اجزای تشکیل دهنده مدار گیرنده رادیویی
اکنون بیایید سیگنال را از طریق قسمت A شکل 2 دنبال کنیم. در اینجا، یک موج رادیویی از طریق سلف L1، باعث ایجاد جریان در آنتن می‌شود. خازن C1 باعث ایجاد رزونانس در ترکیب سلف/خازن (که به آن مدار LC می‌گویند؛ L نمایانگر سیم پیچ و C نمایانگر خازن است) و همچنین، موجب ایجاد فرکانس سیگنال رادیویی می‌شود که ما می خواهیم بشنویم.
دیود D1 سیگنال RF را تشخیص می‌دهد و سیگنال‌های AF و RF را از هم جدا می‌کند. خازن C3 سیگنال AF را از طریق پایه ترانزیستور Q1 عبور می‌دهد.
خازن C2، خروجی فرکانس رادیویی (RF) دیود را به سمت زمین هدایت می‌کند؛ زیرا مدار دیگر به انرژی RF نیاز ندارد و وجود آن فقط باعث ایجاد مشکل می‌شود.
ترانزیستور Q1 برای سیگنال ضعیف AF، مانند آمپلی‌فایر عمل می‌کند؛ یعنی این سیگنال را تقویت می‌کند. مقاومت‌های R1، R2، R3 و R4 اطمینان حاصل می‌کنند که Q1 ولتاژ DC بهینه (که بایاس نامیده می‌شود) را دریافت و تا حداکثر میزان، سیگنال را تقویت می‌کند.
خازن C4، نقطه کار ترانزیستور در جریان متناوب را در سطح مطلوبی نگه مي‌دارد. سيگنال خروجی AF، همراه با ولتاژ DC گرفته شده از منبع تغذيه (12+ ولت)، از طريق فلش سمت راست که با X مشخص شده است، از صفحه خارج مي‌شود.
اکنون بیایید به شکل 2 قسمت B نگاه کنیم و سیگنال را بعد از اینکه از شماتیک قبلی وارد می شود، دنبال کنیم. انرژی AF همراه با مقداری جریان مستقیم (DC) در جهت فلش سمت چپ که با X نمایش داده شده است، ایجاد می شود. خازن C5 خازن کوپلاژ نامیده می شود که جریان مستقیم (DC) را مسدود می کند؛ بنابراین فقط موج AF به پتانسیومتر R8 می رسد و صدا را کنترل می کند.
تمامی ولتاژ AF روی مقاومت R8 که توسط ترمینال‌های سمت چپ و راست آن نشان داده می‌شود، ظاهر می‌شود. سر وسط پتانسیومتر، ولتاژهای مختلف AF را انتخاب می‌کند که می‌تواند از صفر (که معادل انتهای سمت راست زیگزاگ و در زمین است) تا ولتاژ کامل صدا (یعنی تا انتهای سمت چپ) متغیر باشد. (زیگزاگ، در C5)
این ولتاژ AF به ترانسفورماتور T1 می‌رود و از آنجا، سیگنال دقیقاً به همان روشی که در قسمت قبل برای شکل 4 توضیح داده شد، جریان پیدا می کند. تنها تفاوت این وضعیت و مورد قبلی، در شماره گذاری اجزاء است. در اینجا سیستم به شماره گذاری به صورت افزایشی ادامه می دهد. همچنین، به خروجی T2 یک بلندگو اضافه می شود.
✅نکته
اگر به قسمت‌های A و B شکل 2 دقت کنید، متوجه خواهید شد که برچسب هایی به هر مرحله اضافه شده است تا عمکلرد آن را توصیف کند. شما باید هر زمان که دیاگرام هایی از سیستم های چند مرحله ای ترسیم می کنید این کار را تا زمانی که فضای کافی در صفحه داشته باشید، انجام دهید.
در شکل 2 قسمت A، برچسب‌های “آشکارساز (Detector)” و “پری آمپلی فایر صدا (Audio Preamplifier)” و در شکل 2 قسمت B برچسب” آمپلی فایر صدا (Audio power amplifier) ” را مشاهده می کنید.
بررسی شماتیک مدارهای شبکه
-
- شکل 3: یک شبکه L شامل یک سلف و یک خازن متغیر
-
- شکل 4: یک شبکه pi متشکل از یک سلف و دو خازن متغیر
شکل 3 یک مدار تطبیق امپدانس (مچینگ) آنتن معروف به نام L network را نشان می دهد. در اینجا حرف L به چیدمان کلی اجزای دیاگرام، اشاره دارد و به اندوکتانس ربطی ندارد.
شکل 4 نوع دیگری از network (شبکه) تطبیق آنتن را نشان می دهد که از مدار شکل 3 با یک خازن اضافی در انتهای ورودی تشکیل شده است. مهندسان اين نوع مدار را شبکه پای (Pi Network) مي‌نامند؛ زیرا اجزاء شماتیک آن، شبیه به شکل حروف بزرگ یونانی pi (Π) هستند.
به‌طورکلی، شبکه‌های L و π هر دو در مدارهای تنظیم (تیونینگ) و تطبیق (مچینگ) آنتن فرستنده‌های رادیویی با فرکانس‌هایی تا حدود 150 مگاهرتز کاربرد دارند.
شماتیک مدار شبکه Pi-L
شکل 5: یک شبکه pi-L شامل دو سلف و سه خازن متغیر
شکل 5 مداری را نشان می‌دهد که کمی از مدارهای قبلی، پیچیده تر است.
ترکیب شبکه‌های pi و L، اصطلاحاً شبکه pi-L نامیده می‌شود. مزیت مداری؛ مانند شکل 5، در مقایسه با دو نمودار قبلی در توانایی آن در ساخت فرستنده‌های رادیویی با آنتن‌هایی است که می‌توانند به‌درستی کار کنند.
✅نکته
مدارهای شکل‌های 3، 4 و 5 را می توان از طریق جایگزین کردن سلف های متغیر به جای سلف های ثابت، کارآمدتر نمود. یک نوع سلف متغیر در بین آماتورهای رادیویی رایج شده است که سلف roller نام دارد. این نوع سلف ها، امکان تنظیم دقیق اندوکتانس را فراهم می کنند. همچنین، برخی از آن ها دارای هسته و پیچ تنظیم کالیبره شده هستند تا بتوان آنها را به راحتی به موقعیت قبلی بازگرداند.
شماتیک اسیلاتور
شکل 6: یک اسیلاتور ساده را می توان با استفاده از دو ترانزیستور دوقطبی PNP ساخت. در این مدار، فرکانس خروجی توسط مقادیر مقاومت (Rx) و خازن (Cx) تعیین می شود.
هنگامی که برای اولین‌بار شکل 6 را مشاهده می کنید، ممکن است در ابتدا تعجب کنید که چرا یک مدار اسیلاتور باید به این پیچیدگی باشد و آیا نمی توان فقط از یک آمپلی فایر ساده استفاده کرد؟!
در پاسخ باید گفت: بله، در واقع می‌توانی این کار را انجام داد. اما اگر شما می‌خواهید اسیلاتورتان، کیفیت صدای خوبی داشته باشد، با مداری پیچیده‌تر مانند شکل 6 نتایج بهتری دریافت خواهید کرد. این مدار خاص، اسیلاتور دوقلو (Twin-T oscillator) نامیده می‌شود؛ به دلیل تنظیمات T شکل؛ مانند تنظیمات مقاومت‌ها با نماد Rx و خازن‌ها با نماد Cx.
اسیلاتور دوقلو (Twin-T oscillator) یک نوع اسیلاتور (نوسانگر) RC است که یک تون (tone) صوتی (AF) دلنشین تولید می‌کند که این تون دارای فرکانس (pitch) قابل‌پیش‌بینی و ثابتی است.
بررسی اجزای مدار اسیلاتور
خروجی Q1 از امیتر Q1 می‌آید نه از کلکتور. این یک انتخاب هوشمندانه و حرفه‌ای است؛ زیرا موجب ایجاد یک مدار پایدار و قابل‌اعتماد می‌شود. سپس سیگنال وارد بیس ترانزیستور Q2 می‌شود، جایی که دوباره سیگنال تقویت و معکوس می‌شود و سپس از Q2 خارج می‌گردد.
سیگنال از کلکتور Q2 خارج شده و به شبکه دوقلو (twin-T) که شامل مقاومت‌های Rx و خازن‌های Cx است، هدایت می‌شود. مقادیر این مقاومت‌ها و خازن‌ها فرکانس نوسان را تعیین می‌کنند. از آنجا، سیگنال به کلید بازمی‌گردد و برای یک دورزدن دیگر در کل مدار آماده می‌شود! و در نهایت، خروجی از خازن C4، از نقطه‌ای بین دو مقاومت Rx به دست می‌آید.
مدار شکل 6 از یک باتری 9 ولتی به عنوان منبع تغذیه استفاده می کند. توجه داشته باشید که ترانزیستورها از نوع PNP هستند؛ بنابراین کلکتورها ولتاژ منفی دریافت می کنند، در حالی که ترمینال مثبت باتری مستقیماً به زمین متصل می شود؛ بنابراین، این مدار دارای زمین مثبت (positive-ground) است.
ما می‌توانیم یک منبع تغذیه طراحی کنیم که به‌جای استفاده از باتری، خروجی 9- ولت DC را از برق شهری AC (حدود 120 ولت AC در فرکانس 60 هرتز در ایالات متحده ، 220 ولت 50 هرتز در اروپا و خاورمیانه) تولید کند. اگر بخواهیم این کار را انجام دهیم، باید مطمئن شویم که منبع تغذیه را به گونه ای طراحی کرده ایم که نسبت به زمین، نه ولتاژ منفی و نه مثبت تولید کند.
شاید برای شما مفید باشد: اسیلاتور چیست؟
شماتیک مدار اسیلاتور به همراه منبع تغذیه DC
شکل 7: یک منبع تغذیه DC تنظیم شده با خروجی منفی ۹ ولت (۹- ولت) را نشان می دهد که برای استفاده در اسیلاتور ذکر شده مناسب است. توجه داشته باشید که این منبع تغذیه دارای زمین مثبت (positive ground) است که برای استفاده در مدارهای ترانزیستوری PNP طراحی شده است.
شکل 6 یک منبع تغذیه را نشان می‌دهد که برای تامین یک جریان مستقیم (DC) ثابت ۹- ولتی مناسب است. همچنین، شکل 7 یک سیستم اسیلاتور کامل را نشان می دهد که از طریق شبکه برق AC کار می کند.
✅نکته
در طراحی سیستم‌های الکترونیکی، تکرارشدن تنظیمات مدار، چه به‌صورت پشت‌سرهم و چه به‌صورت اتصال چندین مدار مشابه، پدیده‌ای رایج است. در این مدارها، ممکن است تمامی قطعات مقادیر یکسان یا متفاوتی داشته باشند. همچنین، اتصال مدارها می‌تواند به‌صورت سری یا موازی باشد.
اهمیت شماتیک در دیباگ سیستم
در یک سیستم تکراری، اگر عملکرد یک مدار را بدانیم، اصولاً عملکرد تمام مدارهای دیگر را نیز می‌دانیم و اگر مشکلی در یک مدار رخ دهد، ممکن است در مدارهای دیگر نیز ایجاد شود و برای پیداکردن مشکل می‌توان از شماتیک سیستم استفاده کرد. برای مثال، اگر از طریق تست متوجه شویم که اسیلاتور به دلیل خرابی مقاومت در مدار بیس، فرکانس خود را تغییر داده است، پس اگر اسیلاتور دیگری با همان پیکربندی دچار این مشکل شود، می‌توانیم با مراجعه به دیاگرام شماتیک، مقاومت پایه را پیدا کرده و با انجام چند تست بررسی کنیم که آیا آن هم خراب شده است یا نه. اما بدون داشتن دیاگرام شماتیک، پیداکردن مقاومت درست، بسیار دشوار خواهد بود. این قطعه‌ی کوچک و ارزان‌قیمت، اگر خراب شود، به‌تنهایی می‌تواند یک سیستم پیچیده را از کار بیندازد!
تجزیه یک سیستم بزرگ به مدارهای کوچکتر، پیداکردن مدار معیوب در کل سیستم را ساده‌تر می‌کند. سپس این مدارهای پیچیده نیز به مدارهای ساده‌تر تقسیم می‌شوند تا مشخص شود که کدام مدار ساده ممکن است مشکل داشته باشد.
پس از تشخیص، مدار ساده برای بررسی مشکل احتمالی، به اجزای کوچکتر تقسیم می‌شود که هر کدام به‌صورت جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند. با استفاده از این روش سیستماتیک حذف (که همه با کمک شماتیک انجام می‌شود)، می‌توان قطعات را با دردسر بسیار کمتری، تعمیر کرد.
فرایندی که طی آن مشکل را از کل سیستم به یک مدار پیچیده، سپس به یک مدار ساده و در نهایت، تنها به یک قطعه محدود می‌کنیم، عیب‌یابی تا سطح قطعه (troubleshooting to the component level) نامیده می‌شود.
تحلیل
تحلیل شماتیک مدار اسیلاتور به همراه منبع تغذیه DC
شکل 8: ترکیب منبع تغذیه و اسیلاتور
-
- شکل 9 قسمت C: آمپلی فایر مربوط به سیستم ذکر شده. توجه کنید که ترانزیستورهای PNP با ولتاژ منفی منبع تغذیه (زمین مثبت) سازگار هستند. فلش هایی که روی آن ها علامت X و Y وجود دارد، نشان می دهند که این تصویر ادامه قسمت های A و B است.
-
- شکل 9 قسمت B: اسیلاتور دوقلو (Twin-T) برای سیستم ذکر شده. فلشی که روی آن علامت X وجود دارد نشان می دهد که این تصویر ادامه قسمت A است. همچنین، فلشی که روی آن علامت Y وجود دارد، نشان می دهد که ادامه این تصویر در قسمت C در شکل بعدی آمده است.
-
- شکل 9 قسمت A: منبع تغذیه برای سیستم ذکر شده. فلشی که روی آن علامت X وجود دارد، نشان می دهد که ادامه این تصویر در قسمت های B و C در شکل های بعدی آمده است.
یه گپ خودمانی!
اگه به من گوش کنی، راحت استخدام میشی!💸
اگر شما بتونید سیستم‌های الکترونیکی بزرگ را تا سطح قطعه عیب‌یابی کنید، حسابی توی حوزه کاری خودتون محبوب میشید. فقط کافیه سروقت، هر موقع کسی برای تعمیر خواستت حاضر بشی، کار رو درست انجام بدی و بری و بعدش وقتی در این زمینه معروف بشی و همه تورو به یک مهندس خبره و قابل‌اعتماد بشناسن، تضمین میکنم که تا آخر عمرت کار داری.
در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی پیچیده، خرابی کل سیستم می‌تواند ناشی از مشکل تنها یک قطعه باشد. گاهی اوقات این مشکل باعث خرابی قطعات دیگر هم می‌شود، اما تعمیر باید از قطعه‌ای که ابتدا خراب شده شروع شود.
گاهی اوقات، همزمان دو قطعه‌ی معیوب وجود دارد، اما این احتمال، بسیار کم است. دراین‌خصوص، شما باید با قطعات و تجهیزاتی که قصد تعمیر آنها را دارید، آشنا شوید و بعد از مطالعه و درک عملکرد سیستم، میتوانید از یک نمودار شماتیک برای شناسایی مشکلات سیستم استفاده کنید. سپس کافی است قطعه‌های مشکوک که ممکن است خراب باشند را در سیستم پیدا کنید و سپس تک‌تک آنها را تست کنید تا بتوانید مشکل را پیدا کنید.
✅نکته
حتی با داشتن تجهیزات مناسب برای تست قطعات، بدون داشتن شماتیک مدار، شناسایی سریع بخش‌های معیوب (به‌ویژه قطعات تکی) دشوار خواهد بود؛ زیرا شما دقیقاً نمی‌دانید که باید روی چه قسمتی از برد مدار یا شاسی آن، دنبال مشکل بگردید.
شماتیک مدار های فیلتر
-
- شکل 10: یک مدار فیلتر ساده حساس به فرکانس
-
- شکل 11: یک مدار فیلتر پیچیده حساس به فرکانس که دارای دو مدار ساده اما متفاوت است که به صورت پله ای (cascade) به یکدیگر متصل شده اند.
آسان‌تر شدن یادگیری با استفاده از شماتیک‌های بزرگ و پیچیده!
حتی اگر کسی علاقه زیادی به رشته الکترونیک داشته باشد، باز هم نمی‌تواند از همان ابتدا که وارد این حوزه شد و فقط یک فرد مبتدی است، سراغ مدارهای پیچیده برود. بلکه لازم است برای درک این مفاهیم ابتدا مسیر یادگیری را به‌درستی طی کند که برای این کار، اول‌ازهمه لازم است که شما با تمامی نمادهای موجود در شماتیک آشنا شوید.
شماتیک‌های پیچیده می‌توانند ابزار یادگیری بسیار خوبی باشند؛ زیرا دارای نمادهای زیادی هستند که ممکن است شما با برخی از آنها، آشنایی نداشته باشید. این نمادها نشان‌دهنده اجزای مختلف مدار؛ مانند مقاومت، خازن، ترانزیستور و غیره هستند. شما میتوانید با بررسی این نمادها و نحوه اتصال آنها، درک عمیق‌تری از نحوه عملکرد مدار پیدا کنید. حتی اگر در ابتدا شما همه نمادها را درک نکنید، باز هم دیاگرام شماتیک مدار به‌عنوان نقشه راهی عمل می‌کند که به شما کمک می‌کند تا در مورد اجزاء و نحوه تعامل آنها با یکدیگر، اطلاعات مفیدی کسب کنید.
هنگامی که شما با نمادهای ساده و ابتدایی آشنا شدید، نباید سراغ شماتیک‌های پیچیده بروید، بلکه بعد از آن، باید شماتیک مدارهای ساده، ابتدایی و پرکاربرد را بررسی کنید.
به‌طورکلی، بررسی مدارهای مختلف به شما کمک می‌کند تا متوجه شباهت‌های اصلی بین آنها شوید. گاهی اوقات، مدارها با کمی تغییر در مقدار اجزا، دارای عملکرد یکسانی هستند. اگر شما بتوانید شماتیک مدارهای آمپلی‌فایر، اسیلاتور و آشکارساز را به‌درستی تشخیص دهید، در مسیر درستی قرار گرفته‌اید.
بعد از اینکه توانستید مدارهای الکترونیکی ساده را به‌راحتی از روی شماتیک، تشخیص دهید، میتوانید به سراغ شماتیک‌های پیچیده‌تر بروید.
بررسی شماتیک مدار استروبوسکوپ
مدار زیر یک دستگاه چرخش نما یا استروبوسکوپ است. این دستگاه از نوعی لامپ خاص و یک مدار راه انداز تشکیل می شود.
در شکل های بعدی این مدار را به طبقات کوچکتر تقسیم خواهیم کرد.
شکل 12: مدار لامپ استروبوسکوپی
-
- شکل 13 قسمت A: بخش های دوشاخه (پریز)، فیوز و رکتیفایر مدار لامپ استروبوسکوپی را نشان می دهد. فلش هایی که با علامت های X، Y و Z نشان داده شده اند، نمایانگر این هستند که ادامه این تصویر در قسمت B در شکل بعدی آمده است.
-
- شکل 13 قسمت B: بخش‌های زمان‌بندی و ترانسفورماتور مدار لامپ استروبوسکوپی. فلش هایی که روی آن ها علامت های X، Y و Z است، نشان می دهند که این تصویر ادامه قسمت A (شکل قبلی) است.
جمع‌بندی
برای خواندن و رسم کردن دیاگرام‌های شماتیک، لازم است که مدارهای پیچیده را به اجزای ساده‌تر تجزیه کنیم. برای این کار شما به‌جای اینکه کل سیستم را در نظر بگیرید، باید به اجزای سیستم و ارتباط آنها با یکدیگر نگاه کنید. با مطالعه دقیق یک شماتیک پیچیده، روابط بین مدارها مشخص می‌شود.
تشکر
ممنون از توجهتون