آموزش خواندن شماتیک مدار (نقشه خوانی مدار الکتریکی)

یک شماتیک الکتریکی دیاگرامی است که نحوه اتصال همه سیم ها و اجزای یک مدار الکترونیکی را نشان می دهد. آن ها مانند نقشه ای برای ساخت یا مدار های عیب یابی هستند و تقریباً هر چیزی را که باید درباره نحوه عملکرد مدار بدانید به شما می گویند.

توانایی خواندن شماتیک الکتریکی یک مهارت واقعاً مفید است. برای شروع توانایی های خواندن شماتیک خود، مهم است که رایج ترین نماد های شماتیک را بخاطر بسپارید. هر جزء فیزیکی (یعنی مقاومت، خازن، ترانزیستور) دارای یک نماد شماتیک منحصر به فرد است. هدف اصلی این آموزش نشان دادن اجزای اساسی شماتیک است که باید بدانید.

کافی نیست که فقط بتوانید اجزا را به صورت شماتیک تشخیص دهید. باید فقط با مشاهده شماتیک، نحوه کار مدار را نیز بدانید. بعد از این مقاله، توصیه می کنم که مقاله چگونه مدار ها را تجزیه و تحلیل کنیم را بخوانید، که ما در آن در مورد تکنیک های پیشرفته تر تجزیه و تحلیل مدار مانند قانون ولتاژ و جریان کیرشهف صحبت می کنیم.

منابع تغذیه

منابع تغذیه انرژی الکتریکی مدار را به شکل ولتاژ و جریان تأمین می کنند. هر مدار الکترونیکی کاربردی باید منبع تغذیه DC یا AC داشته باشد.

منابع تغذیه DC

منابع تغذیه جریان مستقیم (DC) جریان الکتریکی را تأمین می کنند که در یک جهت ثابت جریان دارد. این نماد شماتیک برای منبع تغذیه DC است:

منابع تغذیه AC

منابع تغذیه جریان متناوب (AC) جریان الکتریکی را تأمین می کنند که در دو جهت جریان دارد. این نماد شماتیک برای منبع تغذیه AC است:

باتری ها

باتری نوع متداول منبع تغذیه DC است. نماد شماتیک باتری از خطوط موازی کوتاه و بلند ساخته شده است. خط طولانی تر نشان دهنده ترمینال مثبت باتری و خط کوتاه تر ترمینال منفی را نشان می دهد:

زمین GND

زمین مسیر بازگشت مشترک مدار است، جایی که جریان به منبع خود برمی گردد. زمین معمولاً به عنوان سمت منفی در یک مدار شناخته می شود. این نماد شماتیک برای اتصال زمین است:

ترمینال ها

ترمینال ها نقاط اتصال به مدار های خارجی هستند. برای اتصالات خارجی، ترمینال ها با دایره های تو خالی مشخص می شوند:

اتصالات ترمینال با گره ها یا محل اتصال هایی که دایره های تو پر دارند متفاوت است:

سوئیچ ها

سوئیچ ها یک اتصال در مدار را ایجاد یا قطع می کنند. آن ها همچنین به شما امکان می دهند مسیر جریان را تغییر دهید.

سوئیچ های SPST

کلید SPST (تک قطب، تک حالت) کلید روشن و خاموش است. دو علامت شماتیک شکل زیر حالت های مختلف سوئیچ SPST را نشان می دهد. نماد بالا نشان می دهد که سوئیچ در موقعیت خاموش است، که مسیر جریان را مسدود می کند. نماد پایین نشانه روشن بودن سوئیچ است که اجازه می دهد جریان از طریق سوئیچ جریان یابد.

سوئیچ های SPDT

سوئیچ های SPDT (تک قطب، دو حالت) می توانند مسیر جریان را به قسمت های مختلف مدار هدایت کنند. بسته به موقعیت کلید، دو مسیر برای جریان در این سوئیچ وجود دارد:

سوئیچ های لحظه ای

کلید های لحظه ای فقط هنگام فشار دادن باز یا بسته می مانند. کلید های دکمه فشار متداول ترین نوع سوئیچ لحظه ای هستند. این کلید ها یا به طور معمول باز (normally open) یا به طور معمول بسته (normally close) هستند. نماد شماتیک بالایی در شکل زیر یک کلید دکمه فشار را در حالت باز نشان می دهد و نماد پایین یک کلید دکمه فشار در حالت بسته را نشان می دهد:

سوئیچ های چند نقطه ای

سوئیچ های چند نقطه ای به شما امکان می دهند مسیر جریان ورودی را به چندین مسیر خروجی مختلف تغییر دهید.

کلید های DPST (دو قطب، تک حالت) دارای 2 ورودی و 2 خروجی هستند. این سوئیچ ها به شما امکان می دهند جریان جاری به دو خروجی را کنترل کنید. از آنجا که سوئیچ ها یک حالته هستند، دو ترمینال خروجی همزمان روشن و خاموش می شوند. نماد های شماتیک شکل زیر یک سوئیچ DPST باز (چپ) و یک سوئیچ بسته DPST (راست) را نشان می دهد:

سوئیچ های DPDT (دو قطب، دو حالت) دارای دو ترمینال برای جریان ورودی و چهار ترمینال برای جریان خروجی هستند. این سوئیچ ها به شما امکان می دهند مسیر دو جریان ورودی را به چهار مسیر خروجی جداگانه تغییر دهید. در اینجا نماد شماتیک یک سوئیچ DPDT آورده شده است:

مقاومت ها

مقاومت یکی از اساسی ترین اجزای غیرفعال (passive) در مدار است. مقاومت ها دارای پایداری الکتریکی هستند که جریان را محدود می کند. نماد شماتیک یک مقاومت در زیر نشان داده شده است. نماد سمت چپ نمادی است که در ایالات متحده استفاده می شود و نماد سمت راست استاندارد بین المللی است:

مقاومت های متغیر

یک مقاومت متغیر بسته به ورودی خارجی می تواند مقاومت خود را کم یا زیاد کند. سنسور های آنالوگ مانند مقاومت نوری و ترمیستور از انواع مقاومت های متغیر هستند زیرا مقاومت آن ها با سطوح مختلف نور یا دما تغییر می کند. نماد شماتیک یک مقاومت متغیر شبیه یک مقاومت ثابت است، اما یک فلش مورب در وسط آن قرار می گیرد:

پتانسیومتر

پتانسیومتر یک مقاومت متغیر با سه ترمینال است که برای تنظیم ولتاژ و جریان در یک مدار استفاده می شود. دو ترمینال مقاومت V + و زمین هستند. فلش نشان دهنده لغزنده پتانسیومتر است که ولتاژ خروجی از آنجا گرفته می شود:

مقاومت های نوری

مقاومت های نوری که به مقاومت های وابسته به نور (LDR) نیز معروف هستند، مقاومت های متغیر حساس به نور هستند که مقاومت را با سطح مختلف نور تغییر می دهند. این نماد شماتیک مقاومت نوری است:

خازن ها

خازن ها اجزای الکترونیکی غیرفعال (passive) هستند که بار الکتریکی را در خود ذخیره می کنند. دو نوع خازن غیر قطبی و قطبی وجود دارد.

خازن های غیر قطبی

خازن های غیر قطبی قطب ندارند، بنابراین مهم نیست که کدام طرف به مثبت و کدام طرف به منفی وصل شود. این خازن ها معمولاً مقادیر کمتری نسبت به خازن های قطبی دارند:

خازن های قطبی

خازن های پلاریزه قطب دارند، بنابراین مهم است که کدام طرف به مثبت و کدام طرف به زمین وصل شده است. خازن های قطبی معمولاً در مقایسه با خازن های غیر قطبی دارای مقادیر ظرفیت بالاتری هستند. این نماد شماتیک یک خازن قطبی است:

سلف ها

سلف ها اجزای غیرفعال (passive) هستند که با عبور جریان از آن ها یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. سلف ها می توانند به سادگی یک سیم پیچ باشند. نماد شماتیک یک سلف شبیه به یک سیم پیچ است:

ترانسفورماتور ها

ترانسفورماتور ها برای افزایش یا کاهش ولتاژ ها استفاده می شوند. آن ها از دو سیم پیچ که به دور یک هسته آهنی پیچیده شده اند، ساخته می شوند. بنابراین نماد شماتیک ترانسفورماتور دارای دو سیم پیچ با خطوط مستقیم بین آن ها است. خطوط نشان دهنده هسته آهن است:

رله ها

رله یک سوئیچ الکتریکی است. رله ها اساساً آهن ربا های الکتریکی متصل به محرکی هستند که وقتی جریان به سیم پیچ وارد می شود کلید را باز و بسته می کند:

دیود ها

دیود وسیله قطبی است که جریان فقط از یک جهت از آن عبور می کند. دیود دارای یک سر مثبت (آند) و یک سر منفی (کاتد) است. لبه مسطح مثلث آند و خط نشان دهنده کاتد است:

ترانزیستور ها

از ترانزیستور ها یا برای تقویت ولتاژ یا برای تغییر جریان های الکتریکی استفاده می شود. ترانزیستور های متداول ترانزیستور های اتصال دو قطبی (BJT) هستند. ترانزیستور های BJT دو نوع اساسی دارند: NPN و PNP. ترانزیستور های NPN هنگامی که جریان از بیس ترانزیستور عبور می کند روشن می شوند، در حالی که ترانزیستور های PNP وقتی جریان در بیس ترانزیستور وجود ندارد، روشن می شوند. نماد شماتیک زیر ترانزیستور NPN را نشان می دهد:

مدار های مجتمع (IC)

IC ها مدار هایی هستند که شامل صد ها تا میلیون ها مقاومت، خازن ها و ترانزیستور ها در یک بسته کوچک می باشند. IC ها عملکرد های بسیاری دارند. IC ها برای تقویت کننده های صوتی، تایمر ها، ریز پردازنده ها و موارد دیگر استفاده می شوند. سه مورد از پر کاربردترین مدار های استفاده شده، تایمر 555، تقویت کننده صوتی LM386 و تقویت کننده عملیاتی LM358 است.

تایمر 555

رایج ترین کاربرد تایمر 555 تأمین تأخیرهای الکتریکی زمان بندی شده است. با این حال، می توان از آن به عنوان یک نوسان ساز و به عنوان یک المان فیلیپ-فلاپ استفاده کرد. دیاگرام زیر آرایش واقعی تایمر 555 با شماتیک داخلی IC را نشان می دهد:

تصویر دوم نماد شماتیک تایمر 555 است که در دیاگرام ها استفاده می شود:

تقویت کننده های عملیاتی

تقویت کننده های عملیاتی تقویت کننده های ولتاژ با ورودی ها و معمولاً یک خروجی هستند. از آن ها به عنوان op-amp نیز یاد می شود. نماد شماتیک یک op-amp به این شکل است:

LM386

تقویت کننده صوتی LM386 یک op_amp است که برای استفاده در ولتاژ های پایین طراحی شده است. این دستگاه، برای دستگاه های صوتی که با باتری کار می کنند مانند گیتار، رادیو و هر مدار دیگری که صدا می دهد بسیار مناسب است. در اینجا یک دیاگرام از LM386 آورده شده است:

و این نمادی است که در دیاگرام های شماتیک استفاده می شود:

LM358

LM358 یک آی سی تقویت کننده عملیاتی دوگانه است که با منبع تغذیه مشترک تأمین می شود. معمولاً به عنوان تقویت کننده مبدل، انتگرال گیر، مشتق گیر ولتاژ استفاده می شود. در اینجا یک دیاگرام از LM358 آورده شده است:

و این نمادی است که در دیاگرام های شماتیک استفاده می شود:

نمادهای شماتیک برای op_amp های عملیاتی معمولاً پین هایی را که در مدار استفاده نمی شوند نشان نمی دهند، همانطور که در مورد نماد LM358 در بالا وجود دارد که فقط پنج تا از هشت پین نشان داده شده است.

گیت های منطقی

گیت های منطقی مدار های الکترونیکی هستند که سیگنال هایی را نشان می دهند که نشان دهنده مقادیر واقعی یا غلط هستند. چهار توابع منطقی استاندارد AND ، OR ، NOT و XOR هستند. علاوه بر این توابع، گیت های منطقی NAND ، NOR و XNOR نیز وجود دارند.

AND

خروجی گیت AND زمانی درست است که تمام ورودی های آن درست باشد. این نماد شماتیک یک گیت AND است:

OR

خروجی گیت OR زمانی درست است که حداقل یکی از ورودی های آن درست باشد. این نماد شماتیک یک گیت OR است:

NOT

گیت NOT برعکس ورودی آن خروجی می گیرد، به همین دلیل به آن اینورتر نیز گفته می شود. بنابراین، هنگامی که ورودی نادرست باشد، خروجی درست است. در اینجا نماد شماتیک یک NOT وجود دارد:

XOR

“exclusive-OR” یا گیت XOR دارای دو ورودی است. خروجی گیت XOR فقط زمانی درست است که یک ورودی درست باشد و ورودی دیگر نادرست باشد. این نماد شماتیک یک دروازه XOR است:

NAND

“NOT-AND” یا گیت NAND می تواند دو یا چند ورودی داشته باشد. اگر ورودی NAND نادرست باشد، خروجی گیت NAND درست است. این نماد شماتیک یک گیت NAND است:

NOR

“NOT-OR” یا گیت NOR دارای دو یا چند ورودی است. خروجی گیت NOR زمانی درست است که تمام ورودی های آن نادرست باشد. این نماد شماتیک یک گیت NOR است:

XNOR

“exclusive-NOR” یا گیت XNOR دارای دو ورودی است. خروجی گیت XNOR فقط زمانی درست است که هر دو ورودی آن درست باشد یا هر دو ورودی آن نادرست باشد. این نماد شماتیک یک گیت XNOR است:

دستگاه های نوری الکترونیکی

دستگاه های الکترونیکی الکترونیکی دستگاه هایی هستند که از نور و برق برای اهداف مختلف استفاده می کنند. دستگاه های نوری الکترونیکی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: دستگاه های سنسور نور و تولید کننده نور. به عنوان مثال، در اینجا نماد شماتیک دستگاه سنسور نور به نام فوتودیود آورده شده است:

در مقابل، در اینجا نماد شماتیک یک دستگاه تولید کننده نور به نام دیود ساطع کننده نور (LED) وجود دارد:

بلندگو ها

یک بلندگو انرژی الکتریکی را به انرژی صوتی تبدیل می کند. نماد شماتیک آن مانند یک بلندگوی واقعی است:

میکروفون ها

میکروفون نوعی مبدل است که امواج صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. این نماد شماتیک یک میکروفون است:

فیوز ها

فیوز ها وسایل ایمنی هستند که در مدار الکتریکی از جریان بیش از حد محافظت می کنند. عنصر اصلی فیوز سیم باریک است که وقتی جریان زیادی از آن عبور می کند ذوب می شود. در اینجا نماد شماتیک یک فیوز آمده است:

موتور

یک موتور انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می کند. نماد شماتیک آن یک دایره با حرف “M” و پایانه های مثبت و منفی در سمت چپ و راست است:

آنتن ها

آنتن دستگاهی است که سیگنال های رادیویی را دریافت یا منتقل می کند. در اینجا نماد شماتیک آنتن آمده است:

سیم ها و اتصالات در شماتیک

اکنون که با نماد های رایج مورد استفاده در دیاگرام های شماتیک آشنا شدید، بیایید نگاهی به نحوه خواندن اتصالات سیم و تقاطع های سیم بیندازیم. سیم ها با خطوط و اتصالات با نقاط نشان داده می شوند.

تصاویر زیر نماد های شماتیک سیم ها را وقتی که از نظر فیزیکی در یک مدار وصل می شوند، نشان می دهد. نقاط روی تقاطع ها گره نامیده می شوند:

عدم وجود گره به این معنی است که سیم ها به یکدیگر متصل نیستند و فقط از کنار یکدیگر عبور می کنند، مانند این:

روش دیگری که برای نشان دادن سیم های غیر متصل به صورت شماتیک وجود دارد این است که با یک نیم دایره در نقطه ای که سیم ها از هم عبور می کنند، مشخص شود مانند این:

اکنون که با نماد های شماتیک و اتصالات سیم آشنا شدید، آماده خواندن یک مدار ساده هستید. به یاد داشته باشید که باید در مورد قطب ها مراقب باشید. در زیر یک مدار ساده وجود دارد که فقط از سه عنصر تشکیل شده است: باتری، LED و مقاومت:

باتری 9 ولت مدار را تغذیه می کند و مقاومت جریان باتری را محدود می کند تا LED را نسوزاند. به یاد داشته باشید که سمت مثبت دیود، لبه مسطح مثلث است و سمت منفی، خط مستقیم است.

درک نحوه خواندن شماتیک ها به شما کمک می کند در صورت تمایل مدار را نیز اصلاح کنید. اما همچنین برای بسیاری از موارد دیگر مانند مدار های عیب یابی و طراحی PCB نیز ضروری است. امیدوارم که این آموزش برای شما مفید واقع شده باشد. اگر در مورد هر قسمتی سوالی دارید، می توانید در زیر صفحه نظر خود را بنویسید.