قطعات الکترونیکی | معرفی کامل انواع قطعات و کاربردها

قطعات الکترونیکی بلوک‌های سازنده مدارهای الکترونیکی هستند که هر کدام نقش خاصی را برای اطمینان از عملکرد صحیح مدارها ایفا می‌کنند. از مقاومت‌های ساده گرفته تا مدارهای مجتمع پیچیده، این قطعات در کنار هم قرار می‌گیرند تا طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی، از ابزارهای روزمره تا سیستم‌های فناوری پیشرفته را ایجاد کنند. بدون این قطعات، مدارها هرگز کامل نمی‌شوند یا به‌خوبی کار نمی‌کنند. این قطعات شامل مقاومت‌ها، دیودها، خازن‌ها، مدارهای مجتمع و غیره هستند و برخی از آن‌ها شامل دو یا چند ترمینال هستند که به بردهای مدار لحیم می‌شوند. برخی از قطعات الکترونیکی مانند در مدارهای مجتمع که در یکپارچه شده‌اند. در این مطلب، قطعات الکترونیکی، عملکرد آن‌ها و کاربردهایشان را مرور می‌کنیم.

لیست مهمترین قطعات الکترونیکی

دسته‌بندی قطعات الکترونیکی قطعات الکترونیکی اجزای اساسی در هر سیستم الکترونیکی برای استفاده در زمینه‌های مختلف مرتبط هستند. این قطعات عناصر اساسی هستند که برای طراحی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی استفاده می‌شوند. قطعات الکترونیکی دارای حداقل دو ترمینال هستند که برای اتصال به مدار استفاده می‌شود. روش‌های زیادی برای طبقه‌بندی انواع مختلف قطعات الکترونیکی وجود دارد، اما رایج‌ترین آن‌ها، طبقه‌بندی به سه نوع است:

• قطعات الکترونیکی اکتیو (Active)
• قطعات الکترونیکی پسیو (Passive)
• قطعات الکترومکانیکی (Electromechanical)

شکل ۱: قطعات الکترونیکی

در حالت کلی، در طراحی مدار الکترونیکی موارد زیر در نظر گرفته می‌شود:

• قطعات الکترونیکی پایه: خازن‌ها، مقاومت‌ها، دیودها، ترانزیستورها و غیره.
• منابع تغذیه: سیگنال ژنراتورها و منابع تغذیه DC.
• ابزار اندازه‌گیری و آنالیز: اسیلوسکوپ پرتو کاتدی (CRO)، مولتی‌متر و غیره.

قطعات الکترونیکی پسیو

این قطعات می‌توانند انرژی را به صورت جریان یا ولتاژ ذخیره یا حفظ کنند. در ادامه، با مهم‌ترین قطعات اکترونیکی پسیو آشنا می‌شویم.

مقاومت

مقاومت (Resistor) یک قطعه الکترونیکی پسیو دو ترمینالی است که برای مقابله با جریان یا محدود کردن آن استفاده می‌شود و در نتیجه باعث ایجاد افت ولتاژ در قطعه می‌شود. مقاومت بر اساس قانون اهم کار می‌کند که بیان می‌کند “ولتاژ اعمال‌شده به پایه‌های مقاومت با جریان عبوری از آن نسبت مستقیم دارد.” مقاومت با نماد R نشان داده می‌شود و واحد آن «اهم» با نماد Ω است. 

شکل ۲: مقاومت

مقاومت‌ها بر اساس مشخصاتی مانند توان، نوع ماده استفاده شده و مقدار مقاومت طبقه‌بندی می‌شوند و برای کاربردهای مختلف به کار می‌روند.از یک جنبه می‌توان مقاومت‌ها را به دسته‌های زیر طبقه‌بندی کرد: 

• مقاومت ثابت: از این نوع مقاومت برای تنظیم شرایط مناسب در مدار الکترونیکی استفاده می‌شود. مقادیر مقاومت در مقاومت‌های ثابت در مرحله طراحی مدار تعیین می‌شود و بر این اساس نیازی به تنظیم مدار نیست.

• مقاومت متغیر: قطعه‌ای که برای تغییر مقاومت بر اساس نیاز ما در مدار الکترونیکی استفاده می‌شود به عنوان مقاومت متغیر شناخته می‌شود. این مقاومت‌ها شامل یک بخش مقاومت ثابت و یک لغزنده مکانیکی هستند. معمولاً از مقاومت های متغیر به عنوان یک قطعه با سه ترمینال برای کالیبراسیون دستگاه استفاده می‌شود.

از جنبه دیگر، می‌توان مقاومت‌ها را به دو نوع اصلی زیر تقسیم‌بندی کرد:

• مقاومت خطی: مقاومت‌هایی که مقدار آن‌ها با ولتاژ و دمای اعمال‌شده تغییر می‌کند، مقاومت خطی هستند. مقاومت‌های خطی بیشتر به دو دسته مقاومت‌های ثابت و متغیر طبقه‌بندی می‌شوند.
• مقاومت‌ غیر‌خطی: زمانی که مقاومت با پارامترهایی مانند ولتاژ، جریان یا دما رفتار خطی ندارد، غیرخطی است.

خازن

خازن (Capacitor) از دو صفحه رسانا با یک عایق بین آن‌ها ساخته شده و کار آن ذخیره انرژی الکتریکی به شکل میدان الکتریکی است. خازن قطعه‌ای است که برای ذخیره و آزادسازی الکتریسیته معمولاً در نتیجه یک عمل شیمیایی استفاده می‌شود. همچنین به عنوان سلول ذخیره‌سازی، سلول ثانویه، کندانسور یا انباشته‌کننده نیز شناخته می‌شود. خازن‌ها بیشتر به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازن‌های با ظرفیت ثابت و خازن‌های متغیر.بار ذخیره‌شده Q=CV است که در آن، C ظرفیت خازن و V ولتاژ اعمال‌شده به آن است.

شکل ۳: خازن

خازن‌ها انواع مختلفی دارند، مانند خازن‌های فیلمی، سرامیکی، الکترولیتی و متغیر. برای یافتن اندازه خازن می‌توان از روش‌های کدگذاری رنگی استفاده کرد. همچنین، می‌توان مقدار ظرفیت خازن را با LCRمتر اندازه‌گیری کرد.

سلف

یک سلف (Inductor) به عنوان مقاومت AC نیز شناخته می‌شود که انرژی الکتریکی را به شکل انرژی مغناطیسی ذخیره می‌کند. این قطعه در برابر تغییرات جریان مقاومت می‌کند. در واقع، سلف یک قطعه الکتریکی پسیو (معمولاً یک سیم‌‌پیچ رسانا) است که اندوکتانس را در مدار الکتریکی قرار می‌دهد. سلف اساساً یک سیم‌پیچ با تعداد دور زیاد است که اغلب به دور هسته‌ای ساخته‌شده از مواد مغناطیسی مانند آهن پیچیده می‌شود. بنابراین، ساده‌ترین شکل سلف از سیم‌پیچ تشکیل شده است.

شکل ۴: سلف

واحد استاندارد اندازه‌گیری اندوکتانس سلف آنری (H) است. اندوکتانس قابلیت تولید خطوط مغناطیسی را نشان می‌دهد و اندوکتانس سلف به صورت L= (µ.K.N².S)/I داده می‌شود که در آن، “L” اندوکتانس، «µ» نفوذپذیری مغناطیسی، “K” یک ضریب مغناطیسی، “S” سطح مقطع سیم‌پیچ، “N” تعداد دور سیم‌پیچ‌ها و “I” طول سیم‌پیچ در جهت محوری است. بنابراین، اندوکتانس اندازه‌گیری‌شده بر حسب آنری، متناسب با تعداد دور سیم‌پیچ، قطر حلقه سیم و ماده یا هسته‌ای است که سیم به دور آن پیچیده شده است.سلف‌ها بر اساس مواد اصلی و ساختار مکانیکی به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:

• سلف هسته هوایی
• سلف هسته آهنی
• سلف هسته فریت
• سلف قدرت آهنی
• سلف‌های مبتنی بر بوبین
• سلف حلقوی
• سلف‌های سرامیکی چندلایه
• سلف فیلم
• سلف‌های متغیر
• سلف‌های تزویج‌شده

سایر قطعات الکترونیکی پسیو

شامل انواع مختلف سنسورها، موتورها، آنتن‌ها، ممریستورها و غیره است.

قطعات الکتریونیکی اکتیو

این قطعات به منبع انرژی متکی هستند و می‌توانند جریان را کنترل کنند. برخی از این قطعات نیمه‌هادی‌هایی مانند دیودها، ترانزیستورها، مدارهای مجتمع، نمایشگرهای مختلف مانند LCD ،LED ،CRT و منابع انرژی مانند باتری‌ها، سلول‌های فتوولتائیک (PV) و سایر منابع تغذیه AC و DC هستند.دیوددیود (Diode) قطعه‌ای است که اجازه می‌دهد جریان الکتریکی تنها در یک جهت جریان یابد و معمولاً با مواد نیمه‌هادی ساخته می‌شود. این قطعه دارای دو ترمینال آند و کاتد است. دیودها بیشتر در تبدیل مدارهایی مانند مدارهای AC به DC استفاده می شوند، زیرا قسمت مثبت (+) موج را از خود عبور می‌دهند و قسمت منفی (–) سیگنال AC را مسدود می‌کنند، یا اگر معکوس شوند، فقط قسمت منفی را عبور می‌دهند و بخش مثبت را نه. 

دیود ها

شکل ۵: دیود

برخی از انواع دیودها عبارتند از: 

• دیود ساطع‌کننده نور (LED): زمانی نور را ساطع می‌کند که جریان الکتریکی از آن عبور کند.
• دیود لیزر: این دیود نور منسجمی را تولید می‌کند و به طور گسترده در درایوهای CD، پخش‌کننده‌های DVD، چاپگرهای لیزری و غیره از آن استفاده می‌شود.
• فتودیود: این دیود زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرد، جریان را از خود عبور می‌دهد.
• دیود شاتکی: دیودی با افت ولتاژ کم است.
• دیود تونلی: دیودی که در آن جریان الکتریکی با افزایش ولتاژ کاهش می‌یابد.
• دیود ظرفیت متغیر (Varactor): دیودی با ظرفیت متغیر است.
• دیود زنر: اجازه عبور جریان را در یک جهت می‌دهد، همچنین می‌تواند در جهت معکوس جریان را عبور دهد اگر ولتاژ آن بالاتر از ولتاژ شکست باشد.

ترانزیستور

ترانزیستور (Transistor) یک قطعه نیمه‌هادی با سه ترمینال است که به عنوان یک قطعه سوئیچینگ و همچنین به عنوان تقویت‌کننده از آن استفاده می‌شود. ترانزیستور را می‌توان هم با ولتاژ و هم جریان کنترل کرد. با کنترل ولتاژ اعمال‌شده به یک ترمینال، می‌توان جریان را از طریق دو پایانه دیگر کنترل کرد. ترانزیستورها دو نوع هستند، ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET).

شکل ۶: ترانزیستور

مدار مجتمع

مدار مجتمع (Integrated Circuit) یا آی سی (IC) یک قطعه ویژه است که با هزاران ترانزیستور، مقاومت، دیود و سایر قطعات الکترونیکی بر روی یک تراشه سیلیکونی کوچک ساخته شده است. آی‌سی‌ها بلوک‌های سازنده دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن‌های همراه، رایانه‌ها و غیره هستند. آی‌سی‌ها می‌توانند مدارهای مجتمع آنالوگ یا دیجیتال باشند. بیشتر آی‌سی‌های مورد استفاده در مدارهای الکترونیکی آپ امپ، تایمر، مقایسه‌کننده، آی‌سی سوئیچ و غیره هستند. بسته به کاربرد، می‌توان آن‌ها را به عنوان آی‌سی‌های خطی و غیرخطی طبقه‌بندی کرد. قطعات الکترونیکی مدار مجتمع اندازه کوچک و وزن بسیار سبکی دارند و کارایی آن‌ها نسبت به توان کمی که مصرف می‌کنند عالی است. 

شکل ۷: مدار مجتمع

انواع مدارهای مجتمع بر اساس فناوری به صورت زیر است:

• آی سی خطی: این نوع آی سی با سیگنال آنالوگ کار می‌کند.
• آی سی دیجیتال: این نوع آی سی با سیگنال دیجیتال کار می‌کند.

انواع آی سی بر اساس ساختار خارجی به شرح زیر است:

• Single in-line pin package (SIPP)
• Dual in-line pin package (DIPP)
• Quard pin package (QPP)
• Pin Grid Array Package (PGA)
• Ball Grid Array Package (BGA)
• Leadless Chip Carrier (LCC) Package

قطعات الکترومکانیکی

در این بخش، با مهم‌ترین قطعات الکترونیکی که در دسته قطعات الکترومکانیکی قرار می‌گیرند، آشنا می‌شویم.

رله

رله یک کلید الکترومغناطیسی است که در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود. رله‌ها اساساً سوئیچ‌هایی هستند که در پاسخ به اعمال یک ولتاژ، اتصال الکتریکی بین دو یا چند نقطه را برقرار می‌کنند. رله از مقدار جریان کمتری برای کار استفاده می‌کند، بنابراین به طور کلی برای تغییر جریان‌های کم در مدار کنترل به کار برده می‌شود. البته از رله‌ها می‌توان برای کنترل جریان های الکتریکی بالا نیز استفاده کرد. رله‌ها یا حالت جامد یا الکترومکانیکی هستند.

رله EMR یا الکترومکانیکی

این رله شامل یک سیم‌پیچ، قاب، کنتاکت‌ها، آرمیچر و فنر است. در رله، قاب از قسمت‌های مختلف پشتیبانی می‌کند و آرمیچر قطعه متحرک است. سیم‌پیچ مسی به دور یک میله فلزی پیچیده می‌شود تا میدان مغناطیسی‌ای ایجاد کند که آرمیچر را حرکت می‌دهد. قطعات رسانا مانند کنتاکت‌ها برای بستن و باز کردن مدار استفاده می‌شوند.رله SSR یا حالت جامد را می‌توان با سه مدار مانند مدار ورودی، خروجی و کنترل ساخت. مدار ورودی همان سیم‌پیچ است، مدار کنترل مانند یک دستگاه کوپلینگ در بین مدارها مانند ورودی و خروجی عمل می‌کند و در نهایت مدار خروجی مانند کنتاکت‌های داخل یک رله الکترومکانیکی عمل می‌کند. این رله‌ها بسیار محبوب هستند، زیرا در مقایسه با رله‌های الکترومکانیکی ارزان، قابل اعتماد و بسیار سریع هستند. 

شکل ۸: رله

سوئیچ 

سوئیچ یا کلید قطعه‌ای است که برای اتصال یا قطع خط رسانا در مدار استفاده می‌شود تا جریان الکتریکی از یک هادی به هادی دیگر قطع شود. سوئیچ‌های الکترومکانیکی رایج‌ترین نوع سوئیچ‌ها هستند که از یک یا چند کنتاکت الکتریکی متحرک و متصل به مدارهای دیگر تشکیل شده‌اند.نمایشگرهانمایشگرها قطعات مهمی در الکترونیک هستند که مقادیر و اطلاعات را به ما نشان می‌دهند. در ادامه، با مهم‌ترین نمایشگرها آشنا می‌شویم. 

ال‌سی‌دی (LCD)

صفحه نمایش کریستال مایع (LCD) یک فناوری صفحه نمایش تخت است که بیشتر در کاربردهایی مانند مانیتور کامپیوتر، نمایشگر تلفن همراه، ماشین حساب و غیره استفاده می‌شود. این فناوری از دو فیلتر و الکترود پلاریزه استفاده می‌کند تا نور را به طور انتخابی غیرفعال یا فعال کند.

شکل ۹: LCD

CRT

فناوری نمایش لوله اشعه کاتدی (CRT) بیشتر در تلویزیون‌ها و صفحه نمایش‌های کامپیوتری استفاده می‌شود که بر روی حرکت یک پرتو الکترونی به جلو و عقب در پشت صفحه کار می‌کند. این لوله یک لوله خلاء دراز است که در آن سطح صاف دارای اجزای خارجی به عنوان تفنگ الکترونی، پرتو الکترونی و صفحه فسفری است. 

شکل ۱۰: CRT

سون سگمنت

سون سگمنت برای نمایش اعداد و کاراکترهای کم گزینه مناسبی است. یک صفحه‌نمایش سون سگمنت شامل ۷ عدد LED است که به شکل مربع “8” و یک LED به عنوان کاراکتر نقطه چیده شده‌اند. در واقع، با سون سگمنت می‌توان اطلاعات دیجیتال 0 تا 9 را نمایش داد. این قطعه در دو نوع کاتد مشترک و آند مشترک موجود است. منابع تغذیه

شکل ۱۱: سون سگمنت

منابع تغذیه

مختلف مورد استفاده در مدارهای الکترونیکی منبع تغذیه DC و باتری‌ها هستند.منبع تغذیه DCدر مدارهای الکترونیکی منبع تغذیه DC بسیار ضروری است که به عنوان یکی از انواع منبع تغذیه از آن استفاده می‌شود. قطعات الکترونیکی اصلی با منبع تغذیه DC کار می‌کنند، زیرا این منبع تغذیه ثابت است. منابع تغذیه مختلف مورد استفاده در مدار برای تأمین برق عبارتند از منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS)، رگولاتور خطی و… . در برخی پروژه‌ها نیاز به منبع ولتاژ 5 ولت است. در غیر این صورت، با 12 ولت کار می‌کنند که در این صورت از آداپتور به عنوان جایگزین منبع تغذیه DC استفاده می‌شود.

شکل ۱۲: منبع تغذیه DC

باتری

باتری یک تجهیز ذخیره انرژی الکتریکی است. این قطعه انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و می‌تواند برق وسایل الکترونیکی مختلف مانند تلفن همراه، چراغ قوه، لپ‌تاپ و… را تأمین کند. باتری از یک یا چند سلول تشکیل شده و هر سلول حاوی یک آند، کاتد و الکترولیت است. باتری‌ها در اندازه‌های مختلف موجود هستند که به دو دسته اولیه و ثانویه نیز تقسیم می‌شوند. از انواع اولیه می‌توان تا زمانی استفاده کرد که برق را تخلیه کنند و بعد از آن قابل استفاده نیستند، در حالی که باتری‌های ثانویه حتی پس از تخلیه نیز قابل استفاده هستند. 

شکل ۱۳: باتری

تجهیزات تست و اندازه‌گیری

هنگامی که صحبت از طراحی مدارهای الکترونیکی می‌شود، تست و اندازه‌گیری پارامترهای مختلف مانند جریان، ولتاژ، فرکانس، مقاومت، ظرفیت خازنی و غیره به میان می‌آید که بسیار مهم است. از این رو، تجهیزات تست و اندازه‌گیری مانند اسیلوسکوپ‌ها، مولتی‌مترها، لاجیک آنالایزرها، فانکشن ژنراتورها (یا سیگنال ژنراتورها) اغلب به طور منظم در طراحی الکترونیک استفاده می‌شوند.

اسیلوسکوپ

مطمئن‌ترین تجهیز تست برای مشاهده سیگنال‌های متغیر پیوسته اسیلوسکوپ است. با کمک اسیلوسکوپ، می‌توانیم تغییرات سیگنال الکتریکی مانند ولتاژ را در طول زمان مشاهده کنیم. اسیلوسکوپ‌ها در زمینه‌های وسیعی مانند پزشکی، الکترونیک، خودرو، صنعت و مخابراتی استفاده می‌شوند.

شکل‌ ۱۴: اسیلوسکوپ

در اصل، اسیلوسکوپ‌ها از نمایشگرهای لوله پرتو کاتدی (CRT) ساخته شده‌اند، اما امروزه، تقریباً تمام اسیلوسکوپ‌ها اسیلوسکوپ‌های دیجیتالی با ویژگی‌های پیشرفته مانند ذخیره‌سازی و حافظه هستند.

مولتی متر

مولتی متر ترکیبی از ولت‌متر، آمپرمتر و اهم‌متر است. این تجهیزات یک راه‌حل آسان برای اندازه‌گیری پارامترهای مختلف یک مدار الکترونیکی مانند جریان، ولتاژ و غیره هستند.مولتی‌مترها می‌توانند مقادیر را در هر دو حالت AC و DC اندازه‌گیری کنند. مولتی‌مترهای اولیه آنالوگ بوند و از یک سوزن اشاره‌گر تشکیل شده بودند. مولتی‌مترهای مدرن دیجیتال هستند و اغلب به عنوان مولتی‌متر دیجیتال یا DMM شناخته می‌شوند.

شکل ۱۵: مولتر‌ متر

DMMها به عنوان دستگاه‌های دستی و همچنین دستگاه‌های رومیزی در دسترس هستند. مولتی‌متر می‌تواند در یافتن عیوب اساسی در مدار بسیار مفید باشد.

فانکشن ژنراتور یا سیگنال ژنراتوریک

سیگنال ژنراتور، همانطور که از نام آن پیداست، سیگنال‌های مختلفی را برای تست و عیب‌یابی مدارهای الکترونیکی تولید می‌کند. رایج‌ترین انواع سیگنال‌ها موج مثلثی، موج سینوسی، موج مربعی و موج دندانه‌ای هستند.در کنار منبع تغذیه و اسیلوسکوپ، یک فانکشن ژنراتور نیز یک قطعه مهم از تجهیزات در طراحی مدارهای الکترونیکی است.

شکل ۱۶: فانکشن ژنراتور