مبانی برق و الکترونیک

آنچه در ابتدای بحث باید به آن اشاره کنیم اینست که انرژی برق جزعی جدانشندی در زندگی انسانها می باشد به طوری که بدون این انرژی در این دوران زندگی بشر که به عصر سرعت ارتباطات نامیده می شود تقریبا زندگی به سختی انجام میشود و در همه ابعاد زندگی بشری نقشی جدا شدنی دارد.امروزه انسانها در هر جایی و هر شرایطی نیاز به برق دارند.انرژی برق به دو نوع جریان متناوب یا ACو جریات مستقیم یاDCوجود دارد .جریان متناوب بیشتر در صنایعو خطوط انتقال برق و جریان مستقیم در دستگاههای الکترونیکی کاربرد دارد و دلیل این که این انرژی به دو صورت وجود دارد اینست که جریان ACبا توجه به سیکل متناوب و تغییر قطبها جهت تبدیل انرژی به گشتاور و انتقال انرژی به مسیرهای طولانی مقرون به صرفه و ساده تر می باشد و نوع DCیا مستقیم چون قطبها تغییری نمی کنند و به صورت مثبت و منفی می باشند در ساخت دستگاههای الکترونیکی و المانها الکترونیکی نیاز به قطب مثبت و منفی می باشند مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به اینکه سخن ما در مورد الکترونیک می باشدو جریان ومورداستفادهدر الکترونیک نوع DC می باشد در این مقاله به جریان DCو مدرات الکترونیکی می پردازیم. دستگاههای الکترونیکی اکثرا با ولتاژهای پایینتر از 100 ولت کار می کنند و ولتاژدر این مدارات به صورت ولتاژهای استانداد می باشد که اکثر به صورت ولتاژهای پر کاربرد ساخته می شوند مثلا در رنجهای 3ولت 5ولت 9ولت 12ولت 14ولت 24ولت 50 ولت و… و پارامتر مهم دیگر در این مدارات جریان مصرفی این مدارات و قطعات می باشد که با توجه به قدرت و حساسیت دستگاهها و مدارات جریان ها متفاوت می باشد. جریان مصرف با توجه به توان دستگاه و نوع استفاده در طراحی لحاظ می شود. انواع مدارات الکترونیکی: مدرارات الکترونیکی به سه دسته مدارت آنالوگ دیجیتال و میکروپروسر تقسیم می شود مدارات آنالوگ:مدارت آنالوگ یا قیاسی به صورت خطی کار میکنند ه صورتی که با توجه به تغییرات جریان ورودی جریان خروجی نیز تغییر می کند. مدرارت دیجیتال :یک ماشین حساب، گوياترين نمون ۀسامانة ديجيتال است. نمون ههاي متعدد ديگري از جمله ساع تهاي ديجيتال، نمایشگر چرا غهای راهنمايي و رانندگی، دستگا ههای صوتی و تصویری و نوع پیشرفتة دیگری مانند رایانه نيز وجود دارند که با یک منطق خاص کار م یکنند. این منطق معمولاً طبق منطق بولی است که به طور مشترک در تمام مدارهای دیجیتالی یافت م یشود. در سامان ههای دیجیتال، یک یا چند دروازة منطقی ) )Logical gate روی یک یا دو ورودی، عملیات منطقی انجام م یدهند و در نهايت یک خروجی منطقی را تولید م یکنند. دروازه ها یا گیت های منطقی از مبنای دودویی یا همان اعداد باینری پیروی م یکنند. در منطق الکترونیک، هر سطح منطقی نمایندة ولتاژ معینی است که این ولتاژ به نوع منطقی که استفاده م یشود بستگی دارد. توابع منطقی از ترکیب گی تهای منطقی ساخته م یشوند که به آنها مدارهای منطقی یا دیجیتالی م یگویند مدرارت میکروکنترلر:میکروکنترلر نقش اساسی در انقلاب فن آوری که زندگی مدرن را شکل داده، داشته است. میکروکنترلرها دستگاه های کوچک، همه کاره و ارزان هستند که نه تنها توسط مهندسین برق با تجربه بلکه از سرگرمی های دانشجویان و متخصصان است که در سایر رشته ها قابل اجرا و برنامه ریزی هستند. لیست برنامه های کاربردی میکروکنترلر ممکن است به قدری طولانی باشد که ما حتی از مثال زدن درنگ نمی کنیم. وسایلی مانند ساعت، تجهیزات پزشکی، لوازم الکترونیکی مصرفی بالا، دستگاه های صنعتی ناهموار، پیشرفته ترین سیستم های نظامی و هوافضا را با میکروکنترلر ایجاد کرده اند. کاربرد میکروکنترلر چیست ؟ میکروکنترلر دستگاهی یکپارچه مدار (IC) است که برای کنترل سایر قسمت های یک سیستم الکترونیکی، معمولا از طریق واحد ریزپردازنده (MPU)، حافظه و برخی لوازم جانبی مورد استفاده قرار می گیرد. این دستگاه ها برای برنامه های جاسازی شده ای که هم به عملکرد پردازش نیاز دارند و هم تعامل پاسخگو با اجزای دیجیتال، آنالوگ یا الکترومکانیکی، بهینه شده اند.متداول ترین روش برای اشاره به این دسته مدارهای مجتمع میکروکنترلر است اما مخفف MCU به عنوان واحد میکروکنترلر قابل تعویض است. پیشوند “میکرو” به معنی کوچک بودن است و اصطلاح “کنترل کننده” در اینجا حاکی از توانایی پیشرفته ای برای انجام توابع کنترل است. همانطور که گفته شد، این عملکرد نتیجه ترکیب پردازنده دیجیتال و حافظه دیجیتال با سخت افزار اضافی است که بطور خاص برای کمک به میکروکنترلر در تعامل با سایر اجزا طراحی شده است. مدرارت الکترونیکی از قطعاتی با کاربردهای متفاوت ساخته می شوند که به آشنایی مختصر با آنها می پردازیم مقاومت: مقاومت الکتریکی یا امپدانس بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. واحد بین المللی (SI) مقاومت الکتریکی، اهم (به انگلیسی: ohm) است. مقدار معکوس این کمیت رسانایی الکتریکی یا ادمیتانس نام دارد که با زیمنس (به انگلیسی: Siemens) اندازه‌گیری می‌شود. خازن‌: خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات بعنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند . سلف: سیم پیچ به طور ساده یک سیم هادی معمولی است که پیچانده شده است . مقاومت اهمی سیم پیچ را در اغلب موارد می توان صفر فرض نمود و بنابر این با عبور جریان dc سیم پیچ مانند یک هادی عمل کرده و عکس العملی ندارد . (ولتاژ دو سر آن صفر است) اما چنانچه جریان عبوری بخواهد تغییر نماید . سیم پیچ با تغییر جریان مخالفت نموده و این مخالفت به صورت ایجاد ولتاژی به نام ولتاژ القائی بروز نماید. و اصولاَ این خاصیت خودالقائی سیم پیچ می نامیم. هرگاه از سیمی جریان عبور کند اطراف سیم میدان مغناطیسی ایجاد می شود . در سال 1824 دانشمندی به نام اورستد دریافت که هرگاه قطب نمائی به سیم حامل جریان نزدیک شود عقربه منحرف می شود . و اثبات این موضوع است که اطراف سیم حامل جریان میدان مغناطیسی وجود دارد . تجمع براده ها در نزدیکی سیم بیشتر بوده به این معنی که شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده در نزدیکی سیم بیشتر است . و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود. دیود: دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت می‌‌باشد. ترانزیستور: بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد. هر چند در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن با لامپهای خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت PNP ساخته می شدند اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یکطرف و تفاوت بهره دریافتی از طرف دیگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بیشتر از نیمه هادیی از جنس سیلیکون و با پلاریته NPN برای ساخت ترانزیستور استفاده کنند. منتشر کننده نور (led) دیود منتشر کننده نور که به طور رایج LED نامیده می شود واقعاً قهرمان ناشناخته جهان الکترونیک است. آنها دوجین کار متفاوت انجام می دهند و در همه وسایل الکترونیکی یافت می شوند آنها شماره ها را در ساعتهای دیجیتال نشان می دهند اطلاعات را از کنترل تلویزیون می فرستند و نور آنها به شمانشان می دهد که چه وقت وسایلتان روشن است و تصاویر را روی تلویزیون های پلاسما نشان می دهند. اساساً LED ها لامپهای کم نوری هستند که به آسانی در مدار های الکترونیکی قرار می گیرند اما برخلاف لامپهای معمول آنها فیلامانی که بسوزد ندارند و به ویژه اینکه گرم نمی شوند آنها فقط با حرکت الکترونها در یک ماده نیمه هادی نور می دهند . آی سی یا مدارات مجتمع: مدار مجتمع یا آی‌سی به آن تراشه (به انگلیسی: Chip) یا ریزتراشه (به انگلیسی: Microchip) نیز می‌گویند، به مجموعه‌ای از مدارهای الکترونیکی گفته می‌شود که بر روی یک سطح صاف کوچک (چیپ) از جنس مواد نیم‌رسانا (معمولاً از جنس سیلیسیم) قرار داده شده‌است. با قرار دادن شمار بسیاری ترانزیستور کوچک در یک ریزتراشه، مدارهایی ساخته می‌شود که از لحاظ اندازه بسیار کوچکتر، سریع‌تر و ارزان‌تر از مدارهایی است که از اجزای گسسته ساخته می‌شود.

Views: 55