آموزش الکترونیک

1. برق (الکتریسیته)

دو نوع سیگنال الکتریکی وجود دارد: جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC)

در جریان متناوب AC ، جهت جریان برق در سراسر مدار دائماً معکوس می شود. میتوان گفت که جریان دارای جهت متناوب است. سرعت برگشت در هرتز اندازه گیری می شود که تعداد برگشت در ثانیه است. بنابراین ، وقتی می گویند منبع تغذیه 60 هرتز است ، منظور آنها این است که 120 بار در ثانیه معکوس می شود (دو بار در هر سیکل).

در جریان مستقیم DC ، جریان برق در یک جهت بین قدرت (power) و زمین (ground) جریان می یابد. در این آرایش همیشه منبع ولتاژ مثبت و ولتاژ زمین (0 ولت) وجود دارد. با بررسی باتری با مولتی متر می توانید این تست را انجام دهید.

هر گاه که صحبت از الکتریسیته میشود، همراه با آن ولتاژ و جریان نیز تعریف میشود. ولتاژ بر حسب ولت و جریان بر حسب آمپر درجه بندی میشود. به طور مثال یک باتری 9 ولت (کتابی)، دارای ولتاژ 9 و جریان حدود 500 میلی آمپر است.

برق را می توان از نظر مقاومت و وات نیز تعریف کرد. در مراحل بعدی کمی در مورد مقاومت صحبت خواهیم کرد ، اما ما قصد نداریم به صورت عمیق به مبحث وات بپردازیم. وات منبع تغذیه DC را میتوان با ضرب ولتاژ و جریان منبع تغذیه به راحتی محاسبه کرد.

بیشتر مدارهای الکترونیکی پایه از برق DC استفاده می کنند. به همین ترتیب ، تمام بحث های بیشتر در مورد برق حول برق DC می چرخد. مثلا در پروژه های آردوینو و رزبری پای سنسور ها و ماژول ها با برق مستقیم DC کار میکنند.

2. مدار ها

مدار یک مسیر کامل و بسته است که جریان الکتریکی از طریق آن می تواند جریان یابد. به عبارت دیگر ، یک مدار بسته امکان عبور جریان برق بین قدرت و زمین را فراهم می کند. یک مدار باز جریان برق را بین برق و زمین می شکند.

هر چیزی که بخشی از این سیستم بسته باشد و اجازه دهد الکتریسیته بین برق و زمین جریان یابد ، بخشی از مدار در نظر گرفته می شود.

3. مصرف کننده ها (مقاومت)

نکته بسیار مهم دیگر که در مباحث پایه الکترونیک باید بدانید این است که باید بین قسمت مثبت و منفی (زمین) مدار چیزی باشد که برق را مصرف کند. این کار با یک مقاومت هم میتواند انجام شود. به عنوان مثال ، در مدار زیر ، موتوری که الکتریسیته از آن عبور می کند مقاومت در برابر جریان برق را افزایش می دهد. بنابراین ، تمام برق عبوری از مدار در حال استفاده است.

به عبارت دیگر ، باید چیزی بین سیم مثبت و زمین باشد که مقاومت در برابر جریان برق را افزایش دهد و آن را مصرف کند. اگر ولتاژ مثبت مستقیماً به زمین متصل شود و از چیزی عبور نكند كه مقاومت ایجاد می كند ، مانند یك موتور ، این امر منجر به اتصال كوتاه می شود. این بدان معنی است که ولتاژ مثبت مستقیماً به زمین متصل شده است.

اتصال کوتاه

به این ترتیب ، اگر برق از یک جزء (یا گروهی از اجزای سازنده) عبور کند که مقاومت کافی را به مدار اضافه نکند ، باز هم اتصال کوتاه رخ میدهد. اتصال کوتاه برای مدار بسیار بد است زیرا باعث گرم شدن بیش از حد باتری و مدار شما میشوند و در نتیجه باعث شکستن، آتش گرفتن و یا منفجر شدن میشوند.

در مدار ها همیشه باید رعایت کنید که ولتاژ مثبت هرگز مستقیما به زمین متصل نشود. به خاطر داشته باشید که برق همیشه مسیر دارای کمترین مقاومت در برابر زمین را دنبال می کند. مثلا اگر یک سیم را هم به یک موتور متصل کنید و هم به یک سیم خالی که به زمین متصل است، برق سیم را دنبال میکند زیرا مقاومت کمتری دارد. این بدان معنی است که از سیم برای دور زدن مبع مقاومت استفاده کردید و این نیز یک اتصال کوتاه به شمار میروند. بنابراین همیشه حواستان باشد که ولتاژ مثبت را به زمین متصل نکنید.

همچنین توجه داشته باشید که یک سوئیچ بسته هیچ مقاومتی در مدار ایجاد نمی کند و به سادگی با اضافه کردن یک سوئیچ بین برق مثبت و زمین ، اتصال کوتاه ایجاد می شود.

اتصال سری و موازی

دو روش مختلف وجود دارد که می توانید چیزهایی را به هم متصل کنید که سری و موازی نامیده می شوند.

وقتی همه چیز به صورت سری سیم کشی می شود ، چیز ها یکی پس از دیگری سیم کشی می شوند ، به طوری که برق باید از یک چیز عبور کند ، سپس از مورد بعدی ، سپس از مورد دیگر و …

در تصویر بالا در مدار سمت چپ، لامپ ها به صورت سری متصل شده اند. یعنی جریان برق باید از یک لامپ بگذرد تا به لامپ دیگر برسد.

وقتی چیزها به صورت موازی سیم کشی می شوند ، سیم در کنار هم قرار میگیرند. به طوری که برق از تمام چیزها (لامپ ها، موتور ها و …) به صورت همزمان منتقل میشوند. در تصویر بالا در مدار سمت راست، لامپ ها به طور موازی سیم کشی شده اند. یعنی برق به طور همزمان از دو لامپ عبور میکند.

4. قطعات اساسی الکترونیک

برای ساخت مدارها ، باید با چند جز اساسی آشنا شوید. این اجزا ممکن است ساده به نظر برسند ، اما لزومات اکثر پروژه های الکترونیکی هستند. بنابراین ، با یادگیری این چند قسمت اساسی ، می توانید مسیری طولانی را طی کنید. با مقاله آموزش پایه الکترونیک همراه باشید تا به طور کامل به شما توضیح دهم که آن ها چه هستند.

5. مقاومت

همانطور که از نام آن پیداست ، مقاومت ها نسبت به برق مقاومت می کنند و جریان جریان الکتریکی را کاهش می دهند. علائم مختلف روی مقاومت نشان دهنده مقادیر مختلف مقاومت است. این مقادیر با اهم اندازه گیری می شوند.

مقاومت ها همچنین دارای درجه های مختلف قدرت هستند. برای بیشتر مدار های ولتاژ پایین DC ، مقاومت های 1/4 وات باید مناسب باشد.

مقادیر مقاومت را معمولا را از چپ به راست به سمت باند طلا می خوانند. دو رنگ اول نشان دهنده مقدار مقاومت ، سومین رنگ نشان دهنده ضریب و رنگ چهارم (باند طلایی) نشان دهنده تحمل یا دقت جز است. با مشاهده نمودار رنگ مقاومت می توانید مقدار هر رنگ را تشخیص دهید.

مثلا یک مقاومت با رنگ های قهوه ای ، سیاه ، نارنجی ، طلایی به شرح زیر ترجمه می شود:

1 (قهوه ای) 0 (سیاه) * 1000 = 10000 با تحمل +/- 5%

هر مقاومت بیش از 1000 اهم معمولاً با استفاده از حرف K کوتاه می شود. به عنوان مثال ، 1000 برابر 1K است. 3،900 ، به 3.9K ترجمه می شود. و 470،000 اهم 470K می شود.

ارزش بیش از یک میلیون اهم با استفاده از حرف M نشان داده می شود. در این حالت ، 1،000،000 اهم 1M می شود.

6. خازن ها

خازن جزئی است که برق را ذخیره می کند و در صورت افت برق آن را به مدار تخلیه می کند. می توانید آن را به عنوان یک مخزن ذخیره آب تصور کنید که در هنگام خشکسالی برای اطمینان از جریان پایدار ، آب را آزاد می کند.

خازن ها بر حسب فاراد اندازه گیری می شوند. مقادیری که به طور معمول با آن ها در خازن ها روبرو خواهید شد ، در پیکوفراد (pF) ، نانو فاراد (nF) و میکرو فاراد (uF) هستند.

خازن های دیسکی سرامیکی که معمولاً آن ها را خازن عدسی میگویند، خازن هایی هستند که دو سیم از آنها بیرون زده است و خازن های الکترولیتی بیشتر شبیه لوله های استوانه ای کوچک هستند دو سیم از پایین آن ها بیرون می آید.

آموزش الکترونیک عملی

خازن های دیسک سرامیکی غیر قطبی هستند ، به این معنی که برق بدون توجه به نحوه قرار گرفتن آنها در مدار می تواند از آنها عبور کند. آنها معمولاً با یک کد عددی مشخص می شوند که باید رمزگشایی شود. این نوع خازن معمولاً به صورت دو خط موازی در شماتیک نشان داده می شود.

خازن های الکترولیتی به طور معمول قطبی هستند. این بدان معنی است که یک پایه باید به سمت زمین مدار و پای دیگر باید به برق متصل شود. اگر برعکس متصل شود ، درست کار نمی کند. مقداری روی خازن های الکترولیتی نوشته شده است که به طور معمول در uF نشان داده می شود. آنها همچنین پایه متصل به زمین را با نماد منفی (-) مشخص می کنند. این خازن ها به صورت یک خط مستقیم و منحنی در کنار هم در شماتیک نشان داده می شود. خط مستقیم انتهایی را نشان می دهد که به برق و منحنی متصل به زمین متصل می شود.

7. دیود ها

دیودها اجزای قطبی هستند. آنها فقط اجازه می دهند جریان الکتریکی در یک جهت از آنها عبور کند. این از این جهت مفید است که می توان آن را در مدار قرار داد تا از جریان برق در جهت اشتباه جلوگیری کند.

نکته دیگری که باید به خاطر داشته باشید این است که عبور از یک دیود به انرژی احتیاج دارد و این باعث افت ولتاژ می شود. به طور معمول این کار باعث از دست دادن حدود 0.7 ولت میشود. بعدا در مورد نوع خاصی از دیود ها به نام LED ها صحبت میکنیم.

حلقه ای که در یک انتهای دیود پیدا شده نشان دهنده سمت دیود است که به زمین متصل می شود و کاتد است. در نتیجه طرف دیگر به قدرت متصل می شود که این طرف آند است.

شماره قطعه دیود به طور معمول بر روی آن نوشته شده است و می توانید با جستجوی و بررسی دیتاشیت آن ، از خصوصیات مختلف آن مطلع شوید.

در شماتیک دیود ها به صورت یک خط با یک مثلث به سمت آن نشان داده شده اند. خط آن طرف است که به زمین و مثلث به برق متصل می شود.

8. ترانزیستور ها

یک ترانزیستور جریان الکتریکی کوچکی را در پایه base خود دریافت میکند و آن را تقویت می کند به طوری که جریان بسیار بزرگ تری می تواند بین پین های collector و emitter آن عبور کند. میزان جریانی که از بین این دو پایه عبور می کند متناسب با ولتاژ اعمال شده در پایه base است.

ترانزیستورها دو نوع اساسی دارند که عبارتند از NPN و PNP. این ترانزیستورها قطبی مخالف بین collector و emitter دارند.

ترانزیستور های NPN به برق اجازه می دهند تا از پایه جمع کننده (collector) به پایه امیتر (emitter) عبور کند. آنها در یک شماتیک با یک خط برای یک پایه ، یک خط مورب متصل به پایه و یک فلش مورب با فاصله از پایه نشان داده شده اند.

ترانزیستور های PNP اجازه می دهند تا برق از پایه ساطع کننده به پایه جمع کننده منتقل شود. آنها در یک شماتیک با یک خط برای یک پایه ، یک خط مورب متصل به پایه و یک فلش مورب به سمت پایه نشان داده شده اند.

شماره قطعه ترانزیستورها روی آنها چاپ شده است و می توانید به صورت آنلاین اطلاعات آنها را جستجو کنید تا با دیتاشیت پین ها و ویژگی های خاص آنها آشنا شوید. حتماً ولتاژ و جریان ترانزیستور را نیز یادداشت کنید.

9. مدار های مجتمع (IC)

مدار مجتمع یا همان IC یک مدار تخصصی کامل است که کوچک شده و روی یک تراشه کوچک قرار دارد که هر پایه تراشه به نقطه ای از مدار متصل است. این مدارهای کوچک به طور معمول از اجزایی مانند ترانزیستور ، مقاومت و دیود تشکیل شده اند.

به عنوان مثال ، مدار داخلی یک تراشه تایمر 555 دارای بیش از 40 جز (components) است.

10. پتانسیومتر

پتانسیومتر نوعی مقاومت متغیر است. به زبان ساده، از نوع شستی یا کشویی هستند که می توان با چرخاندن یا فشار داردن مقاومت را در مدار تغییر داد.

پتانسیومتر برای تنظیم صدا بر روی یک دستگاه استریو یا کنترل روشنایی استفاده می شود. مثل مقاومت با واحد اهم اندازه گیری می شود اما به جای خواندن رنگ ها، مستقیما مقدار روی آن نوشته شده ( به عنوان مثال 1M). همچنین علامت “A” یا “B” نشان دهنده نوع منحنی واکنش است.

علامت “B” یعنی پتانسیومتر از نوع خطی است و افزایش و کاهش آن با چرخاندن دسته، به طور یکنواخت و متوالی انجام می گیرد (10، 20، 30، 40، 50، و …). نوع “A” دارای منحنی لگاریتمی است، یعنی تغییرات به صورت لگاریتمی کم و زیاد می شود (1، 10، 100، 10،000 و …).

پتانسیومتر یک قطعه سه سر است که برای تقسیم ولتاژ استفاده می شود. اساسا از دو مقاومت سری تشکیل شده، نقطه بین آن ها ولتاژی است که مقدار آن عددی بین منبع و زمین است.

به عنوان مثال، اگر دو مقاومت 10K سری بین منبع 5V و زمین (0V) قرار بگیرند، ولتاژ نقطه برخورد دو مقاومت نصف ولتاژ منبع خواهد بود (2.5) زیرا هر دو مقاومت مقدار یکسانی دارند.

فرض کنید این نقطه، پین وسط پتانسیومتر است، با چرخاندن پیچ، ولتاژ روی پین میانی به سمت 5v افزایش و یا به سمت 0v (با توجه به جهت چرخش) کاهش می یابد. از این خاصیت برای  تنظیم شدت سیگنال الکتریکی در یک مدار استفاده می شود (استفاده از آن به عنوان یک پیچ ولوم).

نماد مداری آن یک مقاومت با یک پیکان است که وسط آن کشیده شده.

اگر فقط یکی از پین‌های کناری و پین مرکزی را به مدار وصل کنید، فقط مقاومت درون مدار را تغییر می ‌دهد و سطح ولتاژ روی پین میانی تغییر نمی کند. قطعه مفیدی برای ایجاد مدار است زیرا گاها می‌خواهید مقاومت را در یک نقطه خاص تغییر دهید و یک تقسیم کننده ولتاژ قابل تنظیم ایجاد نکنید.

این شماتیک در یک مدار به عنوان یک مقاومت با یک پیکان که در وسط قرار می‌گیرد، نمایش داده می‌شود.

10. ال ای دی LED

LED مخفف light emitting diode (دیود نشر نور) است.

یک نوع خاص از دیود است که وقتی جریان از آن می گذرد، روشن می‌شود. مثل دیودها، LED هم جریان را در جهت مستقیم عبور می دهد.

دو شاخص برای فهمیدن جهت عبور جریان از LED وجود دارد. اول این که در LED پایه کاتد از آند کوتاه تر است و دوم این که، یک شکاف تخت در طرف LED برای نشان دادن هدایت مثبت (آند) است. البته همه LED این نشانه را ندارند (یا این که گاهی اشتباه است).

مانند همه دیودها، LED یک افت ولتاژ در مدار ایجاد می‌کند، اما معمولاً مقاومت زیادی را اضافه نمی‌کند. برای جلوگیری از اتصال کوتاه، باید یک مقاومت به صورت سری اضافه کنید. برای محاسبه بزرگی یک مقاومت که برای شدت مناسب نیاز است، از ماشین‌حساب LED آنلاین برای مشخص کردن این که چقدر مقاومت برای یک LED تکی لازم است، استفاده کنید. معمولاً استفاده از یک مقاومت کمی بزرگ‌تر از مقدار محاسبه شده به وسیله ماشین‌حساب، خوب است.

ممکن است بخواهید LEDها را با هم سری کنید، اما به خاطر داشته باشید که هر LED متوالی منجر به افت ولتاژ خواهد شد تا اینکه در نهایت قدرت کافی برای روشن نگه داشتن آن‌ها وجود ندارد. درنتیجه، قرارگیری LED به صورت موازی ایده‌آل است. قبل از انجام این کار، باید مطمئن باشید که همه LED دارای درجه قدرت یکسان هستند (رنگ‌های مختلف اغلب به طور متفاوت رده‌بندی می‌شوند).

نماد مداری LED مثل دیود با جرقه های برق در حال بیرون آمدن از آن است و نشان دهند این است که یک دیود نشر نور است.

13. سوئیچ الکتریکی

سوئیچ یک قطعه مکانیکی است که وقفه در مدار ایجاد می‌کند. فعال سازی سوئیچ به معنی باز یا بسته کردن آن است. این به نوع سوییچ بستگی دارد.

نرمال باز (NO) یعنی سوئیچ اتصال باز می شود و مسیر جریان را ببندد.

نرمال بسته (NC) کلید در حالت اولیه، باعث عبور جریان الکتریکی می شود.

سوئیچ‌ های پیچیده تر، می‌ توانند هر دو عمل باز و بسته بودن را زمانی که فعال هستند، انجام دهند. این نوع سوئیچ تک پل دو حالته (SPDT) است.

از ترکیب دو سوئیچ SPDT سوئیچ دو پل دو حالته (DPDT) ایجاد می شود. این سوئیچ می تواند دو مدار جدا را کنترل کند.

14. باتری ها

باتری قطعه ای است که انرژی شیمیایی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. برای ساده کردن موضوع، می‌توان گفت “ذخیره کننده انرژی” است.

با قرار دادن باتری‌ ها به صورت سری ولتاژ باتری ها با هم جمع می شود، اما جریان تغییر نمی کند. برای مثال، یک باتری AA، 1.5V است. اگر شما 3 باتری را به صورت سری قرار دهید، ولتاژ به 4.5V افزایش پیدا می کند. و اگر باتری چهارم را در اضافه کنید، آنگاه 6V خواهد شد.

با قرار دادن باتری‌ ها به صورت موازی، ولتاژ تغییری نمی کند، اما مقدار جریان موجود دوبرابر می ‌شود. معمولا باتری ها به صورت سری قرار می گیرند اما زمانی که مدار نیاز به جریان بیشتری داشته باشد، مدل موازی استفاده می شود.

استفاده از باتری های سری AA توصیه می شود. برای مثال،  مجموعه ای که دارای

1، 2، 3، 4 و 8 است.

نماد مداری باتری خطوط متناوب با طول متفاوت است. همچنین علامت‌گذاری دیگری برای منبع، زمین و میزان ولتاژ نیز وجود دارد.

15. برد بورد

برد بورد نوع خاصی از بردها برای نمونه ‌سازی هستند. برد بورد تخته ای است که سطح آن دارای سوراخ‌ است و از نظر الکتریکی به دو سطر تقسیم می ‌شود.

در قسمت میانی، دو ستون از ردیف‌هایی که دقیقا کنار هم قرار دارند، وجود دارد. طراحی بردبورد امکان ایجاد یک مدار یکپارچه را فراهم می کند. پس از وارد کردن قطعات، هر پین از مدار مجتمع دارای سطری است که سوراخ ‌های آن از نظر الکتریکی به هم متصل هستند.

با وجود بردبورد ایجاد مدار به سرعت و بدون نیاز به لحیم‌کاری و یا سیم پیچی انجام می شود. به سادگی قسمت‌هایی که به طور الکتریکی به هم وصل شده‌اند را به یکی از ردیف‌های متوالی متصل کنید.

در هر گوشه بردبورد دو خط پیوسته وجود دارد، که یکی از آن‌ها به عنوان خط تغذیه و دیگری به عنوان زمین مدار در نظر گرفته می‌شود. با اتصال منبع تغذیه و زمین به ترتیب به هر کدام از آن‌ها، می‌توان به راحتی از هر جای مدار به آن ها دسترسی داشت.

16. سیم

برای اتصال قطعات به بردبورد، نیاز به استفاده از یک جز و یا یک سیم است.

سیم ها این امکان را می ‌دهند که قطعات را بدون افزایش مقاومت به مدار اضافه کنید. همچنین، می توانید قطعات را در هر جایی از مدار قرار دهید، چون می‌توان آن‌ها را بعداً با سیم به هم متصل کرد و نیز،  امکان اتصال چند بخش به یکدیگر را فراهم می کند.

توصیه می‌شود از سیم عایق 22awg (22 قطر) که سیم محکمی است، برای بردبورد استفاده کنید. می‌توانید آن را در radioshack پیدا کنید، اما به جای آن می‌توانید از سیم hookup متصل به بالا استفاده کنید. سیم قرمز نشان‌دهنده اتصال منبع تغذیه و سیم سیاه نشان‌دهنده اتصال زمین است.

برای استفاده از سیم در مدار، قسمتی از آن را ببرید، و ب اندازه 1/4 اینچ عایق‌بندی را از هر انتهای سیم جدا کنید و از آن برای اتصال نقطه‌ها به هم استفاده کنید.

آموزش الکترونیک مقدماتی

مانند ترانزیستور ها ، می توانید همه چیز را در مورد مدارهای مجتمع با جستجوی دیتاشیت آنها یاد بگیرید. در دیتاشیت ، عملکرد هر پین را خواهید آموخت. همچنین باید ولتاژ و میزان جریان هر دو تراشه و هر پایه جداگانه را بدانید.

مدارهای مجتمع در اشکال و اندازه های مختلفی وجود دارند. به عنوان یک مبتدی ، شما عمدتا با تراشه های DIP کار خواهید کرد. این مدار های مچتمع یا همان IC ها، پین هایی برای نصب از طریق سوراخ دارند.

برش گرد در یک لبه تراشه IC نشان دهنده قسمت بالای تراشه است. پین در سمت چپ بالای تراشه ها به عنوان پایه 1 در نظر گرفته می شود. از پایه 1 ، شما به ترتیب در سمت پایین می خوانید تا به پایین برسید (به عنوان مثال پایه 1 ، پایه 2 ، پایه 3 ..). هنگامی که در پایین قرار گرفتید ، به سمت مخالف تراشه حرکت کرده و سپس شروع به خواندن اعداد می کنید تا دوباره به بالای صفحه برسید.

بخاطر داشته باشید که برخی تراشه های کوچکتر به جای یک شکاف در بالای تراشه ، یک نقطه کوچک در کنار پایه 1 دارند.

این آموزش به مراتب بروزرسانی میشود.

سوالات متداول

آموزش الکترونیک چیست؟

آموزش الکترونیک به مجموعه ای از آموزش ها گفته میشود که هدف آن ها توضیح مبانی و مقدمات الکترونیک تا حد حرفه است.

بهترین راه یادگیری الکترونیک چیست؟

بهترین راه برای یادگیری الکترونیک، شروع آموزش مبانی پایه الکترونیک مثل مدار ها، جریان و ... است که در سایت آیرنکس کاملا توضیح داده شده است.

چقدر زمان میبرد تا به الکترونیک تقریبا مسلط شوم؟

مسائل الکترونیک بسیار گسترده هستند و برای یادگیری و مسلط شدن به الکترونیک، باید تلاش زیادی کنید. نمیتوان زمان تعیین کرد زیرا تماما بستگی به علاقه و تلاش شما دارد.

در الکترونیک تازه وارد هستم، چطور یادگیری را شروع کنم؟

اگر در الکترونیک تازه کار هستید هیچ مشکلی نیست. زیرا در این صفحه به طور کامل مبانی مقدماتی و پایه الکترونیک را تا سطح پیشرفته و حرفه ای الکترونیک آموزش میدهیم.