بررسی مدارهای الکترونیکی ساده – بخش دوم | قسمت نهم آموزش شماتیک

در قسمت هشتم آموزش شماتیک به بررسی شماتیک مدارهای الکترونیکی ساده پرداختیم. در این قسمت، قصد داریم درباره مدارهای الکترونیکی کمی پیچیده‌تر صحبت کنیم. پس تا پایان این مطلب ما را همراهی کنید.

نقشه شماتیک ساده چیست؟

نقشه شماتیک ساده نوعی از نقشه‌های فنی است که برای نمایش عناصر اصلی یک سیستم یا مدار استفاده می‌شود. این نقشه به‌جای نشان‌دادن جزئیات فیزیکی یا مکانیکی، تمرکز بر روابط و اتصالات اساسی بین اجزا دارد. در نقشه‌های شماتیک ساده، از نمادهای استاندارد یا ساده شده برای نشان‌دادن اجزای مختلف، مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، سوئیچ‌ها یا منابع تغذیه استفاده می‌شود. این نوع نقشه‌ها به دلیل سادگی و وضوح خود، معمولاً در مراحل اولیه طراحی یا برای آموزش مفاهیم استفاده می‌شوند.

هدف اصلی نقشه شماتیک ساده، ارائه یک دید کلی از چگونگی عملکرد یا ساختار سیستم است. این نقشه‌ها به مهندسان و تکنسین‌ها کمک می‌کنند تا به‌سرعت سیستم را درک کرده و ارتباطات بین اجزا را شناسایی کنند. برای مثال، در الکترونیک، نقشه شماتیک ساده می‌تواند نحوه اتصال قطعات الکترونیکی در یک مدار را به‌وضوح نشان دهد، بدون نیاز به نمایش شکل فیزیکی یا اندازه دقیق قطعات.

یکی دیگر از مزایای نقشه‌های شماتیک ساده این است که امکان اشتراک‌گذاری اطلاعات بین تیم‌های مختلف را آسان می‌کنند. به دلیل استفاده از نمادهای استاندارد، این نقشه‌ها به‌راحتی توسط افراد مختلف با تخصص‌های گوناگون قابل‌فهم هستند. به‌علاوه، طراحی ساده آن‌ها باعث می‌شود که در صورت نیاز به تغییرات یا اصلاحات، این کار به‌سرعت و بدون سردرگمی انجام شود.

در نهایت، نقشه شماتیک ساده یک ابزار قدرتمند برای ساده‌سازی فرایند طراحی و ارتباط است. این نقشه‌ها در حوزه‌های مختلف از جمله الکترونیک، مهندسی مکانیک و حتی معماری کاربرد دارند و نقش مهمی در تسهیل درک و تحلیل سیستم‌ها ایفا می‌کنند.

نقشه مدار الکترونیکی ساده

نقشه مدار الکترونیکی ساده یک نوع ترسیم فنی است که برای نمایش ساختار و اتصالات اساسی یک مدار الکترونیکی استفاده می‌شود. این نقشه‌ها معمولاً شامل نمادهای استاندارد برای اجزای مختلف مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، دیودها، ترانزیستورها، و منابع تغذیه هستند. هدف از این نقشه‌ها، ساده‌سازی نمایش مدار به شکلی است که عملکرد آن برای طراحان، تکنسین‌ها و حتی دانشجویان الکترونیک قابل‌فهم باشد.

یکی از ویژگی‌های بارز نقشه مدار الکترونیکی ساده، حذف جزئیات فیزیکی و تمرکز بر روابط الکتریکی بین اجزای مدار است. این نوع نقشه‌ها برای بررسی و درک نحوه عملکرد مدار، شناسایی نقاط اتصال و پیش‌بینی رفتار سیستم بسیار مفید هستند. به‌عنوان‌مثال، در یک مدار ساده روشنایی، نقشه شماتیک می‌تواند به‌وضوح نشان دهد که کلید چگونه به لامپ و منبع برق متصل شده است.

نقشه‌های مدار الکترونیکی ساده در آموزش و یادگیری نیز نقش مهمی ایفا می‌کنند. ازآنجاکه این نقشه‌ها به‌صورت شماتیک و ساده طراحی می‌شوند، می‌توانند به دانشجویان کمک کنند تا اصول اولیه طراحی مدار را بدون پیچیدگی‌های غیرضروری درک کنند. همچنین، این نقشه‌ها در شناسایی مشکلات و عیب‌یابی مدارها نیز بسیار کاربردی هستند. با بررسی مسیر جریان الکتریکی در نقشه، تکنسین‌ها می‌توانند به‌سرعت محل احتمالی خرابی را پیدا کنند.

در مجموع، نقشه مدار الکترونیکی ساده ابزاری اساسی در طراحی، تحلیل، و تعمیر مدارهای الکترونیکی است. این نقشه‌ها به دلیل سادگی، وضوح و قابلیت اشتراک‌گذاری، در تمام مراحل طراحی و اجرای پروژه‌های الکترونیکی، از ابتدایی تا پیشرفته، کاربرد دارند.

شکل 1 شماتیک یک مدار کمی پیچیده را نشان می دهد. این مدار دارای یک NPN دوقطبی، ترانزیستور و چند مقاومت و خازن است. به نقاط تست (Test Points، مخفف: TP) توجه کنید که در سه مکان مختلف زیر قرار دارند:

• TP1 در امیتر ترانزیستور
• TP2 در پایه ترانزیستور
• TP3 در کلکتور ترانزیستور

اگر می‌خواهید این مدار را عیب‌یابی کنید، باید ولت‌متر خود را بین زمین و هر یک از این سه نقطه وصل کنید. این نقاط می‌توانند نقاط مختلفی در مدار باشند، از جمله نقاط اتصال به ترانزیستورها، مقاومت‌ها یا خازن‌ها. با انجام این کار، شما می‌توانید ولتاژ‌ها و سیگنال‌های مختلف در مدار را اندازه‌گیری و آن‌ها را با مقادیر استاندارد مقایسه کنید و در نهایت، پروسه عیب‌یابی را انجام دهید.

شکل 1: شماتیک یک مدار آمپلی فایر که دارای سه نقطه تست (TP) می باشد.

نکته✅

بیس ترانزیستور Q1 به عنوان یک “دریچه یا شیر (valve) جریان قابل تنظیم” عمل می‌کند. این شیر باعث نوساناتی در جریان کلکتور می‌شود. خازن‌های C2 و C3 به سیگنال‌های AC اجازه عبور می‌دهند، اما از عبور سیگنال‌های DC جلوگیری می‌کنند تا این سیگنال‌ها، عملکرد مدارهای خارجی را به هم نزنند. در این مدار، خازن C1 باعث می‌شود که امیتر ترانزیستور با یک ولتاژ DC ثابت نگه داشته شود و سیگنال ورودی بدون مانع وارد شود.

مقاومت‌های R2 و R3 دارای مقادیری هستند که با دقت زیادی انتخاب شده‌اند تا بتوانند ولتاژ DC مناسب را که بایاس (bias) نامیده می‌شود، بر روی پایه Q1 قرار دهند و همچنین، اطمینان حاصل کنند که در این حالت، ترانزیستور به خوبی کار می‌کند.

در بسیاری از مدارهای الکترونیکی، ممکن است مقادیر ولتاژ واقعی با مقادیر مورد انتظار، متفاوت باشند (تا حدود ۲۰ درصد) که اگر این موضوع مهم و حائز اهمیت باشد، در پایین شماتیک مدار، میزان خطا ذکر می‌شود.

اگر مقادیری که به دست می‌آید در محدوده‌ی تلرانس قطعه (component tolerance) باشد، می‌توان فرض کرد که قسمتی از مدار به درستی کار می‌کند. اما اگر مقادیر به‌دست‌آمده صفر یا خارج از محدوده‌ی تلرانس باشد، احتمال وجود مشکل در آن مدار، وجود دارد.

شماتیک‌ها شامل اطلاعاتی هستند که نه تنها در عیب‌یابی و دیباگ‌کردن می‌توانند کمک کنند؛ بلکه می‌توانند در تست‌ها، تشخیص و تعیین مشکلات اولیه سیستم‌ها نیز مفید باشند.

به‌طورکلی، توانایی خواندن شماتیک‌ها، مهارتی ضروری برای مهندسان برق و علاقه‌مندان به این رشته است.

همان‌طور که در شکل 1 مشاهده می‌کنید، در شماتیک، هر قطعه باید یک حرف و عدد منحصر به فرد داشته باشد تا بتوان از طریق آن ها، قطعه موردنظر را تشخیص داد.

شکل 2: شماتیک یک مدار آمپلی فایر مانند شکل 1. در این شماتیک مقادیر اجزا ذکر شده است. همچنین، مقدار همه خازن ها بر حسب میکروفاراد (μF) و مقدار همه مقاومت ها بر حسب اهم (Ω) می باشد. k = 1000

شکل 2 نیز همان مدار شکل 1 را نشان می‌دهد با این تفاوت که در آن نمادها و شماره بندی قطعات حذف شده است و شماتیک مدار موجود در این شکل دارای هیچ نمادی نیست. اما به جای آن، مقادیر اجزا ذکر شده است.

ترانزیستور موجود در شکل‌های 1 و 2 ترانزیستور 2N2222 می باشد که از نوع NPN می‌باشد. همچنین، مقاومت‌های موجود در این شکل‌ها، دارای مقادیر 470، 33k (33000)، 330k (330000) و 680 اهم می باشند. علاوه بر این موارد، خازن ورودی دارای مقدار 0.01 میکروفاراد (μF) و خازن خروجی دارای مقدار 0.1 μF می‌باشد. خازن امیتر که از مقاومت 470 اهم عبور می کند نیز دارای مقدار 4.7 میکروفاراد (μF) است.

نکته✅

ترکیب شماتیک و بلوک دیاگرام

ممکن است شما با یک دیاگرام ترکیبی مواجه شوید که ترکیبی از یک بلوک دیاگرام و یک شماتیک است. شکل 3 نمونه ای از این نوع دیاگرام را نشان می دهد. شکل 3 یک آمپلی‌فایر (تقویت کننده) بافر از نوعی که در فرستنده رادیویی است را نشان می دهد.

شکل 3: دیاگرام ترکیبی بلوک/شماتیک یک اسیلاتور، بافر و سیستم آمپلی فایر است که جزئیات شماتیک بخش بافر را نشان می دهد.

در این شکل، یک اسیلاتور (که قبل از بافر قرار دارد) و یک آمپلی‌فایر (که بعد از بافر قرار دارد) به عنوان بلوک‌ها نمایش داده می‌شوند.

این نوع دیاگرام‌های ترکیبی دو هدف دارند. مورد اول اینکه، با خواندن بخش شماتیک آن‌ها، می‌توان اجزای واقعی مدار بافر را متوجه شد. دوم این که با استفاده از آن شما یک تصویر مناسب از مکان بافر نسبت به مدارهای دیگر در سیستم کلی خواهید داشت.

دیاگرام ترکیبی شکل 3 نشان می دهد که بافر، ورودی خود را از یک اسیلاتور کنترل شده با کریستال دریافت می کند و سپس خروجی خود را به آمپلی فایر می فرستد.

یک مثال برای این دیاگرام‌ها، فرستنده رادیویی است.

شکل 4: شماتیک/یک اسیلاتور، بافر، سیستم آمپلی فایر و جزئیات شماتیک بخش بافر را نشان می دهد.

شکل 4 یک دیاگرام ترکیبی از شماتیک و بلوک دیاگرام است که در آن، جزئیات شماتیک اسیلاتور نمایش داده شده است، اما اجزای بافر و آمپلی فایر فقط بلوک دیاگرام‌های آنها نمایش داده شده‌اند. این شکل نشان می‌دهد که خروجی از اسیلاتور به بافر می‌رود و سپس سیگنال به آمپلی فایر منتقل می‌شود. تنها قسمت جدیدی که در این شکل اضافه شده است، نمایش شماتیک اسیلاتور است.

شکل 5: تصویر A شماتیک کانورتر (مبدل) ولتاژ AC به DC و تصویر B بلوک دیاگرام آن است.

شکل 6: در این شکل نحوه ارتباط یک نمونه بلوک دیاگرام با شماتیک آن آمده است.

نکته✅

جمع‌بندی

در قسمت نهم از آموزش شماتیک به آموزش رسم مدار های کمی پیچیده‌تر نسبت به مدار هایی که در قسمت هشتم آموزش دادیم پرداختیم. در قسمت های آینده با آموزش رسم شماتیک مدار‌های پیچیده‌تر از مانند مدار پری‌آمپلی‌فایر رادیو و … همراه سیسوگ باشید.