آشنایی با قطعات الکترونیکی پرکاربرد!

درک مفاهیم الکترونیک پایه و انجام پروژه‌های ساده برای درک مفهوم الکترونیک، بسیار ساده‌تر از چیزی است که تصورش را می‌کنید.

در این وبلاگ، ما قصد داریم به صورت کلی برخی از قطعات الکترونیکی را به شما معرفی کنیم و عملکرد هر یک از آن‌ها را به شما توضیح دهیم.

سپس با نمودارهای شماتیک و نحوه استفاده از آن‌ها برای طراحی و ساخت مدار آشنا خواهید شد.

این اطلاعات برای ساخت اولین مدار و شناخت قطعات الکترونیکی برای شما بسیار مفید خواهد بود.

قبل از هر چیزی باید بدانیم الکترونیک چیست؟

الکترونیک شاخه‌ای از فیزیک است که به طراحی مدارها و مطالعه جریان الکتریکی (حرکت الکترون‌ها) در شرایط مختلف می‌پردازد.

الکترونیک همچنین رشته مهندسی برق و طراحی، عملکرد و استفاده از دستگاه‌ها، سیستم‌ها و قطعات الکترونیکی را توصیف می‌کند.

معرفی قطعات الکترونیکی

قطعات الکترونیکی بسیاری برای انجام انواع عملکردها در یک مدار وجود دارد. حال به معرفی ۶ تا از رایج‌ترین قطعات الکترونیکی و کاربرد آن‌ها می‌پردازیم:

• مقاومت
• خازن
• LED
• ترانزیستور
• سلف
• مدارهای مجتمع (IC)
• دیود
• رله
• پتانسیومتر
• کلید
• فتوسل

مقاومت

مقاومت یک قطعه الکترونیکی است که جریان الکتریکی را در یک مدار الکتریکی محدود یا تنظیم می‌کند.

همچنین می‌توان از مقاومت‌ها برای تأمین ولتاژ خاصی برای دستگاه الکترونیکی مانند ترانزیستور استفاده کرد.

مقدار مقاومت، بر حسب اهم اندازه‌گیری می‌شود. بیشتر مقاومت‌ها دارای نوارهای رنگی در قسمت بیرونی هستند و این کد مقدار مقاومت آن را به شما می‌گوید.

حتی می‌توانید از یک مولتی متر برای تعیین مقدار مقاومت استفاده کنید.

فرض کنید یک باتری ۹ ولتی دارید و می‌خواهید یک LED را روشن کنید.

اگر باتری را مستقیماً به LED وصل کنید، جریان زیادی از LED عبور می‌کند!

خیلی بیشتر از آن که LED برای روشن شدن به آن احتیاج داشته باشد.

بنابراین LED پس از مدت کوتاهی بسیار داغ شده و می‌سوزد.

اما اگر یک مقاومت را به صورت سری با LED قرار دهید، می‌توانید میزان جریان عبوری از LED را کنترل کنید.

خازن

خازن‌ها الکتریسیته را ذخیره می‌کنند و در صورت افت ولتاژ آن را دوباره به مدار برمی‌گردانند.

خازن مانند باتری قابل شارژ است و می‌توان آن را شارژ کرده و سپس ولتاژ را دوباره به مدار برگرداند.

واحد اندازه‌گیری خازن، فاراد است.

دیود نوری یا LED

یک دیود نوری یا به اختصار LED، قطعه‌ای است که می‌تواند از خود نور ساطع کند.

داخل LED یک آند و کاتد وجود دارد. جریان همیشه از آند (+) به کاتد (-) حرکت می‌کند و یک سو کننده جریان است.

پایه بلندتر LED سمت مثبت (آند) است.

LEDها معمولا دارای رنگ‌های قرمز، سبز و زرد هستند.

ترانزیستور

ترانزیستورها دقیقا مانند یک کلید عمل می‌کنند، با این تفاوت که ببرای روشن و خاموش شدن به صورت اتوماتیک عمل می‌کنند.

یعنی هیچ شاسی برای فشار دادن ندارند و عمل قطع و وصل را باتوجه به عملکرد برد، انجام می‌دهند.

سلف

سلف یک قطعه الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را به شکل میدان مغناطیسی ذخیره می‌کند.

یک سلف از یک حلقه سیم یا سیم پیچ تشکیل شده استو مستقیماً با تعداد دورهای سیم پیچ متناسب است.

مدارهای مجتمع (IC)

مدارهای مجتمع یا IC به ریزتراشه‌ای گفته می‌شود که صدها قطعه الکتریکی مانند مقاومت، خازن و ترانزیستور روی آن ساخته می‌شود.

IC به عنوان نوسانگر، تقویت کننده، ریزپردازنده، تایمر یا به عنوان حافظه کامپیوتر عمل می‌کند.

دیود

دیود یکی از قطعات الکترونیکی است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌دهد و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می‌دهد.

دیود یک قطعه پلاریته است؛ یعنی پایه مثبت و منفی دارد.

رله

رله نوعی کلید است با این تفاوت که با جریان الکتریکی باز یا بسته می‌شود.

در داخل رله یک آهنربای الکتریکی وجود دارد که کلید مکانیکی را کنترل می‌کند.

پتانسیومتر

پتانسیومتر در اصل نوعی مقاومت است و تنها تفاوت آن با مقاومت‌های معمولی قابل تنظیم بودن قدرت آن است.

مقدار این مقاومت، به وسیله پیچ تعبیه شده روی آن قابل تغییر می‌باشد.

برای محاسبه ظرفیت پتانسیومترها، باید به اعدادی که روی آن‌ها نوشته شده، توجه کرد.

کلید

کلید به قطعه الکترونیکی می‌گویند که وظیفه قطع و وصل کردن جریان برق را دارد.

فتوسل

مقاومت‌های متغیر به مقاومت‌هایی گفته می‌شود که مقدارشان ثابت نبوده و قابل تغییر است.

فتوسل نیز مقاومت متغیر است و معمولا میزان مقاومت آن، متناسب با شدت نور است.

یک فتوسل می‌تواند برای اندازه گیری شدت منبع نور استفاده شود.

معرفی ابزار مورد استفاده در الکترونیک

ما متداول‌ترین ابزار مورد استفاده در الکترونیک را برای شما به صورت کلی معرفی می‌کنیم:

• برد بورد
• مولتی متر دیجیتال کوچک یا مولتی متر دیجیتال بزرگ
• جا باتری
• سیم چین
• پیچ گوشتی کوچک
• سیم جامپر یا سیم برد بورد

برد بورد

برد بوردها ابزاری ضروری برای نمونه‌سازی اولیه و ساخت مدارهای موقت هستند.

این بردها دارای سوراخ‌هایی برای قرار دادن سیم و قطعات هستند.

به دلیل ماهیت موقتی که دارند، به شما اجازه می‌دهند بدون لحیم کاری مدار ایجاد کنید.

سوراخ‌های یک برد بورد در ردیف‌هایی به صورت افقی و عمودی مطابق شکل زیر به هم متصل می‌شوند.

مولتی متر دیجیتال

مولتی متر دیجیتال وسیله‌ای است که از آن برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی (آمپر)، ولتاژ (ولت) و مقاومت (اهم) استفاده می‌شود.

برای عیب‌یابی مدارها عالی است و می‌تواند ولتاژ AC و DC را هم اندازه‌گیری کند.

جا باتری

جا باتری یک جعبه پلاستیکی است که باتری‌های ۹ ولت تا AA را در خود جای می‌دهد.

سیم چین

سیم چین برای جدا کردن سیم مسی رشته‌ای و جامد استفاده می‌شود.

پیچ گوشتی کوچک

این نوع پیچ گوشتی‌ها برای کار با وسایل الکترونیکی که دارای پیچ‌های ریز هستند، بسیار عالی و مناسب هستند و دقت بالایی دارند.

سیم جامپر یا سیم برد بورد

همانطور که از نامش پیداست، مخصوص برد بورد هستند.

سیم‌های جامپر بسته به نحوه استفاده از آن‌ها، می‌توانند انتهای نری یا مادگی داشته باشند.

برای انجام پروژه‌های الکترونیک علاوه بر آشنایی با ابزار و قطعات الکترونیکی، لازم است موارد زیر را هم بدانید:

مدار چیست؟

قبل از طراحی یک پروژه الکترونیکی، باید بدانید مدار چیست و چگونه می‌توانید یک مدار را به درستی طراحی کنید.

مدار الکتریکی یک مسیر بسته دایره‌ای شکل از جریان الکتریکی است که در یک نقطه شروع شده و به پایان می‌رسد و یک حلقه کامل را تشکیل می‌دهد. جریان الکتریکی، از همه قطعات الکترونیکی عبور کرده و باعث فعال شدن هر یک از آن‌ها می‌شود.

همه مدارها باید سه عنصر اساسی داشته باشند.

این عناصر منبع تغذیه، ماده رسانا یا سیم‌های رابط و مصرف‌گر هستند.

 منبع تغذیه مانند باتری برای تغذیه مدار، مورد نیاز است. علاوه بر این، باید یک ماده رسانا مانند مس وجود داشته باشد که مسیری را برای عبور جریان الکتریسیته فراهم کند.

در نهایت، یک مدار نیاز به مصرف‌گر برای مثال لامپ دارد که انرژی را مصرف کند.

نمودار شماتیک چیست؟

هنگام کار با مدارها، اغلب با نام نمودار شماتیک برخورد خواهید کرد.

در این نمودارها از نمادهایی برای نشان دادن اینکه چه قطعات الکترونیکی استفاده می‌شوند و در کجای مدار قرار گرفته‌اند، استفاده می‌کنند. این نمادها نمایش گرافیکی قطعات الکترونیکی واقعی هستند.

در مثال زیر، نمودار شماتیکی را مشاهده می‌کنید که با یک کلید کنترل می‌شود.

در واقع نمودار شماتیکی زیر، شامل نمادهایی برای یک LED، مقاومت، باتری و یک کلید است.

با استفاده از یک نمودار شماتیک، می‌توانید بدانید که از کدام قطعات الکترونیکی استفاده کنید و آن‌ها را در کجا قرار دهید.

این نمودارهای شماتیک برای مبتدیان در هنگام طراحی اولین مدارها بسیار مفید است.

انواع مختلفی از نمادهای الکترونیکی وجود دارد و بین کشورها کمی متفاوت است.

در زیر تعدادی از رایج ترین نمادهای قطعات الکترونیکی آورده شده است.

چگونه مقدار مقاومت را محاسبه کنیم؟

مقاومت‌ها معمولاً در پروژه‌های الکترونیک، مورد استفاده قرار می‌گیرند و مهم است که بدانید از چه اندازه‌ای باید استفاده کنید.

در مثال بالا برای پیدا کردن مقدار مقاومت، باید ولتاژ و آمپر LED و باتری خود را بدانید.

یک LED استاندارد عموماً به ولتاژی در حدود ۲ ولت و جریان ۲۰ میلی آمپر یا ۰.۰۲ آمپر نیاز دارد تا به درستی کار کند.

سپس، باید بفهمید که باتری شما چه ولتاژی دارد.

در این مثال، از باتری ۹ ولتی استفاده خواهیم کرد.

برای تعیین اندازه مقاومت، باید از فرمولی به نام قانون اهم مانند فرمول زیر استفاده کنیم.

قانون اهم:

• مقاومت بر حسب اهم Ω اندازه گیری می‌شود
• ولتاژ بر حسب ولت V اندازه گیری می‌شود
• جریان با آمپرA اندازه گیری می‌شود

این فرمول نشان می‌دهد که شما به یک مقاومت ۳۵۰ Ω نیاز دارید.

حال که برخی از این تجهیزات مورد استفاده در الکترونیک و قطعات الکترونیکی را تهیه کردید، می‌توانید پروژه‌های الکترونیک ساده را انجام دهید.

در این‌جا ما یک پروژه ساده را برای شما مثال زدیم.

قبل از انجام پروژه خود بهتر است دو نکته زیر را رعایت کنید:

۱-بهتر است یک میز کار برای انجام پروژه‌های الکترونیک داشته باشید.

بهتر است برای انجام پروژه‌های الکترونیک خود، یک میز مخصوص داشته باشید تا بتوانید به راحتی کارتان را انجام دهید.

لازم نیست که حتما یک میزکار شیک داشته باشید، یک میز کار ساده هم برای شما کافیست!

۲- بهتر است یک جعبه ابزار برای قطعات الکترونیکی و ابزار مورد استفاده تهیه کنید.

قطعات الکترونیکی معمولا کوچک هستند و بهتر است که همه چیز را مرتب در یک جعبه نگه دارید تا گم نشوند.

بهترین گزینه برای نگهداری قطعات الکترونیکی، استفاده از جعبه های پلاستیکی شفاف است.

برای ابزار مورد استفاده نیز می‌توانید از جعبه ابزار پلاستیکی کوچک یا متوسط استفاده کنید. در این صورت وسایل شما سالم می‌مانند.

یک مثال از پروژه الکترونیک ساده

اکنون می‌خواهیم به شما بیاموزیم که چگونه با استفاده از برد بورد، یک مدار بسازید.

لوازم مورد نیاز:

• باتری کتابی ۹ ولتی
• مقاومت ۳۳۰ اهم
• LED کوچک
• برد بورد
• سیم جامپر

ابتدا باید نمودار شماتیک را طراحی کنید:

مراحل پیاده سازی قطعات الکترونیکی روی برد بورد

1. کانکتور باتری را به بالای باتری ۹ ولت وصل کنید.
2. سیم قرمز کانکتور باتری را در خانه F9 برد بورد قرار دهید.
3. سیم مشکی کانکتور باتری را در خانه J21 برد بورد قرار دهید.
4. پایه‌های مقاومت ۳۳۰ Ω را خم کنید و یک پایه را در خانه F21 قرار دهید.
5. پایه دیگر مقاومت را در خانه F15 قرار دهید.
6. پایه کوتاه LED را در خانه J15 و پایه بلند را در خانه J9 قرار دهید.

فلش‌های قرمز رنگ در تصویر زیر، چگونگی عبور جریان الکتریسیته را در این مدار نشان می‌دهد.

همه قطعات الکترونیکی به صورت دایره‌ای به یکدیگر متصل می‌شوند.

نکته مهم: هرگز یک LED را مستقیماً به باتری ۹ ولت بدون مقاومت در مدار وصل نکنید؛ همانطور که قبلا گفتیم، این کار باعث سوختن LED می‌شود.

نحوه لحیم کاری یک پروژه الکترونیک ساده

اگر می‌خواهید مدار خود را به صورت دائمی ببندید، باید آن‌ها را روی یک برد به یکدیگر لحیم کنید.

در مقالات بعدی آموزش کامل لحیم کاری قطعات الکترونیکی را به صورت گام به گام آموزش خواهیم داد.

سخن آخر…

ما در این وبلاگ، با مبانی الکترونیک پایه آشنا شدیم.

جالب است بدانید که الکترونیک و رباتیک نیز ارتباط بسیار نزدیکی با یکدیگر داشته و در ساخت یک ربات کاربردهای بسیار زیادی دارد.

سعی می‌کنیم در مقالات بعدی در مورد الکترونیک توضیحات بیشتری را ارائه دهیم.