مدارهای الکترونیکی پیچیده ـ بخش دوم | قسمت یازدهم آموزش شماتیک

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

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

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

بررسی شماتیک مدارهای شبکه

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

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

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.

تحلیل

تحلیل شماتیک مدار اسیلاتور به همراه منبع تغذیه DC

شکل 8: ترکیب منبع تغذیه و اسیلاتور

یه گپ خودمانی!

 اگه به من گوش کنی، راحت استخدام میشی!💸

✅نکته

شماتیک مدار های فیلتر

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

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.