هوالعلیم

معرفی خازن و مقاومت و دیود و ترانس و رگولاتور و ساخت منبع تغذیه   

ما در این بخش به معرفی قطعات پر کاربرد مداری میپردازیم و در آخر با این قطعات یک منبع تغذیه برای انجام آزمایش های بعدی میسازیم.

مقاومت ها:

مقاومت یکی از پایه ای ترین قطعات ساخت مدار های الکترونیکی است. شما نمیتوانید مداری را بیابید که در آن به طور مستقیم یا غیر مستقیم مقاومتی وجود نداشته باشد. کار مقاومت دقیقا همانطور که از اسمش پیداست مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی است. طبق عث معمول روال دوره ما مقاومت را میتوانیم شبیه یک پدیده فیزیکی قابل لمس تر مثل شکل زیر بیان کنیم که کم شدن قطر لوله باعث ایجاد مقاومت در برابر جریان آب عبوری از آن میشود.

در الکترونیک قانونی تحت عنوان قانون اهم وجود دارد که رابطه بین جریان و ولتاژ یک مقاومت را بیان میکند.

یعنی اگر دو سر یک مقاومت مثلا 1 کیلو اهمی را به یک باتری 1.5 ولتی متصل کنیم جریان عبوری از آن 1.5 میلی آمپر میشود.

مقاومت های موجود در بازار به شکل های زیر وجود دارند:

ما معمولا از مقاومت های ¼ وات که اندازه متوسطی دارند استفاده میکنیم. مقاومت های با توان های بالاتر تحت عنوان آجری نیز در بازار وجود دارند که تفاوتشان همان طور که گفتم در توان قابل تحملشان است. توان یک مقاومت از رابطه زیر بدست می آید.

مقدار مقاومت ها را میتوان از روی رنگ های روی بدنه شان قرائت کرد . برای یادگیری نحوه خواندن مقدار مقاومت اینجا کلیک کنید .

با پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات، قطعاتی تحت عنوان SMD بوجود آمده اند که مثل قطعات بالا پایه ندارند و باید روی برد مدارچاپی لحیم شوند. تنها تفاوت آنها در سایز قطعات است. تمام قطعات تقریبا مدل های مشابه smd خودشان را دارند. در شکل زیر خازنی به صورت smd را در حالت لحیم شده مشاهده می کنیم.

مقاومت ها همیشه مقدار ثابتی ندارند. مقاومت های متغیری هم وجود دارند که قابل تنظیم هستند.در بازار به آنهایی که یک پیچ روی بدنه شان دارند که با پیچگوشتی باید چرخیده شود پتانسیومتر و بهآنهایی که یک اهرم برای چرخیدن دارند ولوم میگویند

با مراجعه به فروشگاه های اینترنتی مثل

www.eshop.eca.ir

www.iranmicro.ir

www.roboeq.ir

و دیگر فروشگاه ها میتوانید با انواع دیگر این قطعات آشنا شوید.

خازن:

خازن دومین قطعه ی اصلی مدارات میباشد. شرح کار آن به این صورت است که وقتی یک ولتاژ به خازن خالی اعمال میکنیم شروع به شارژ شدن میکند و بار های الکتریکی را در خود ذخیره میکند و با قطع کردن منبع بار ها را در خود حفظ میکند و میتواند آنها را به نقطه ی دیگری از مدار انتقال دهد. برای مثال شکل زیر اتصال یک خازن پر را به یک مقاومت نشان میدهد. خازن در حالت خالی بودن مانند یک سیم اتصال کوتاه میماند و کم کم با گذشت جریان از آن ، در مقابل عبور جریان مقاومتش زیاد میشود تا جایی که ولتاژش با ولتاژ منبع یکی شود.

این عمل را شارژ شدن خازن میگویند. کاربرد خازن در مدارات معمولا به این صورت است که در مقابل تغییرات ولتاژ دوسرش مقاومت میکند در مواقعی که ولتاژ زیاد است بار در خود ذخیره میکند و وقتی ولتاژ کم شد بار را به مدار تحویل میدهد.

خازن های در بازار به چند شکل سرامیکی، پلی استر(film capacitors) و الکترولیتی یافت میشوند که هر کدام ویژگی های خاص خودشان را دارند. به طور کلی خازن های الکترولیتی دارای ظرفیت های بالاتری هستند و نکته مهم این است که جهت پایه های + و – دارند که روی بدنه شان معمولا با یک خط سفید – نمایش داده شده است(به شکل زیر توجه کنید دو خازن وسطی و راستی خط دارند) خازن های سرامیکی محدوده ولتاژ و ظرفیت کمتری را شامل میشوند و خازن های پلی استر در ظرفیت های کم و ولتاژ های بالا استفاده میشوند و در فرکانس های بالا عملکرد بهتری دارند. خود این 3 دسته نیز انواع و اقسام زیر مجموعه ها را دارند که برای اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.

نکته مهم در هنگام خرید خازن های الکترولیتی ولتاژ کاری آنها است. باید توجه کنید که ولتاژ آن با ولتاژ مدارتان سازگاری داشته باشد.

خازن ها نیز نمونه های smd دارند که میتوانید در فروشگاه ها مدل های مختلفشان را مشاهده کنید.

 

دیود:

دیود به طور کلی شبیه یک شیر آب یک طرفه است که جریان را از یک جهت عبور میدهد و از جهت دیگر عبور نمیدهد. البته انواع بسیاری از دیود ها هستند که همچین کاری انجام نمیدهند ولی دیود هایی مثل 1N4007 که به قولی General purpose هستند همچین مشخصه ای دارند. در شکل زیر در پایین شکل، نمای مداری دیود و بالای شکل نمای واقعی یک دیود نمایش داده شده است که با آن میتوانید کاتد و آند دیود را مشاهده کنید.

دیود اگر ولتاژ آندش بیشتر از کاتدش شود (حدود 0.7 ولت) شروع به هدایت میکند و جریان را از خود عبور میدهد برای مثال در شکل زیر یک مدار دیودی داریم که به آن یک ولتاژ سینوسی اعمال کردیم و دیود قسمت های + ورودی را از خود رد کرده و به قسمت های منفی ولتاژ اجازه ی عبور

 



در شکل زیر نمای واقعی دیودی که از آن استفاده خواهیم کرد را میبینید. نام این دیود 1N4007 است که دیتاشیت یا برگه ی اطلاعات آن را میتوانید از لینک زیر مشاهده کنید. در دیتا شیت هر قطعه مشخصات الکتریکی و مکانیکی و حرارتی آن قطعه و گاها نحوه ی کار با آن شرح داده میشود. دیتاشیت های یک قطعه را میتوانید با سرچ نام آن در گوگل بدست آورید.

دیتا شیت نمونه ای از این قطعه را می توانید اینجا دانلود کنید.


حالا به معرفی انواع دیود ها میپردازیم :

دیود های یکسو کننده یا رکتیفایر: 1N4007 از این نوع دیود هاست که برای یکسو کردن برق(بعدا بیشتر بحث میکنیم) یا کاربرد های معمولی از آنها استفاده میشوند. دونوع خیلی متعارف این دیود ها 1N4007 و 1N4148 هستند. این دیود ها مشخصه ی جریان و ولتاژی شبیه شکل زیر دارند:

همان طور که گفتیم در حدود 0.7 ولت برای دیود های سیلیکونی هدایت آغاز میشود. همان طور که در شکل پیداست ناحیه ای به نام ناحیه شکست نیز در این دیود ها وجود دارد که اگر ولتاژ معکوس روی دیود از آن بیشتر شود دیود میشکند و جریان زیادی از خود عبور میدهد و اگر جریان آن کنترل نشود میسوزد. برای 1N4007 این ولتاژ 1000 ولت است.

دیود های زنر:

این دیود ها مثل دیود های معمولی هستند با این تفاوت که ولتاژ شکستشان دقیقا مشخص است. شما مثلا دیود زند 6.8 ولتی خریداری میکنید که ولتاژ شکستش 6.8 ولت است. این دیود ها کاربردشان در ناحیه شکستشان است. مثلا یکی از کابرد هایشان در رگوله کردن ولتاژ است. رگولاتور وسیله ای است که سعی میکند ولتاژ ورودی اش را هر چقدر هم که باشد به یک ولتاژ ثابت در خروجی تبدیل کند. در مدار زیر هم این زنر نقش رگولاتور را ایفا میکند  وقتی ولتاژش بیشتر از ولتاژ Vz شود میشکند و ولتاژ را روی Vz ثابت میکند. البته رگولاتور های بهتری در بازار هست که بعدا به معرفی آنها میپردازیم.

دیود های نوری (LED): این دیود ها بسیار پرکاربرد هستند. در صورت عبور جریان از LED ، نوری از آن ساتع میشود. LED ها انواع مختلفی دارند از جمله LED های خود رنگ که بدنه شان همان رنگی است که نورشان است، LED های شیشه ای یا هایبرایت که بدنه شفاف دارند و نورشان بیشتر از LED های خودرنگ است و در نور ها بارنگ های مختلفی عرضه میشوند و LED های پاور که در سیستم های روشنایی جدید برای روشن کردن ساختمان یا ... به کار میروند و توان های بالایی دارند. عکس زیر 3 رنگ LED خودرنگ را نمایش میدهد.

برای روشن کردن LED باید یک مقاومت بین 100 اهم تا 1000 اهم با آن سری شود تا جریانش محدود شود و آسیب نبیند. مقاومت 1k اهم مقدار مناسبی است. همچنین کاتد و آند LED از اندازه پایه هایش معلوم میشود پایه بلند تر آند است

انواع دیگر دیود ها نیز وجود دارند که به دلیل پیچیده بودن مسائل تئوریشان و کم کاربرد بودن در مدار های ما به بیان آنها نمیپردازیم.

ترانس:

ترانس یا ترانسفورماتور شامل یک هسته ی آهنی(برای مصارف عادی) یا فریتی(برای مصارف فرکانس بالا) است دو طرف آن حداقل دو سیمپیچی پیچیده شده اند. اگر به یکی از این ورودی ها یک ولتاژ متناوب اعمال کنیم در طرف دیگر ولتاژی القا میشود که میتوان با تنظیم تعداد دور سیمپیچی ها نسبت این دو ولتاژ را تعیین کرد. به جایی که ولتاژ را به آن میدهیم اولیه ترانس میگوییم و به جا(ها)یی که از آن ولتاژ میگیریم ثانویه ترانس میگوییم.


ما از ترانس معمولا برای تبدیل برق 220 ولت شهر به برق مورد نیازمان مثلا 9 ولت یا 5 ولت استفاده میکنیم.

رگولاتور :

در بخش زنر ها یک مقدمه کوچکی از رگولاتورها بیان کردیم. گفتیم که رگولاتور وسیله ای است که ولتاژ خروجی اش را تثبیت میکند و ما یک زنر را در حالت رگولاتوری نشان دادیم. این زنر ها دقت بالایی ندارند و جریان های زیادی را نمیتوانند رگوله کنند. به همین دلیل رگولاتور هایی با قابلیت جریان بالا و دقت بالا در بازار به فروش میرسد از این رگولاتور ها میتوان به خانواده 78xx که به جای xx ، 05 یا 09 یا 12 یا ... مینشیند و نشان دهنده ولتاژ خروجی آن است اشاره کرد. برای مثال 7805 ولتاژ 5 ولت در خروجی اش تولید میکند. رگولاتور های قابل تنظیم ولتاژ خروجی نیز وجود دارند مثل Lm317 که ولتاژ خروجی اش قابل عوض شدن است. در شکل زیر یک رگولاتور 7805 را مشاهده میکنید.  توجه کنید که این یک بسته بندی است ممکن است قطعه ای شبیه این بیابید که ترانزیستور یا دیود یا ... باشد. نام این بسته بندی TO220 میباشد. این رگولاتور ولتاژ رگوله نشده را از پایه سمت چپ خود دریافت میکند و در سمت راست ولتاژ ثابت 5 میدهد. پایه وسط زمین مدار است. اگر کمی گیج کننده بود نگران نباشید در انتهای بحث یک منبع تغذیه با این رگولاتور ها میسازیم!

خازن ها برای صاف کردن ولتاژ خروجی و ورودی رگولاتور است.

برد برد (Bread board)

این وسیله محلی برای پیاده کردن مدار های نمونه ای است که میسازیم , برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر به اینجا مراجعه کنید.

و اما ساخت منبع تغذیه :

هدف ما در این مدار تبدیل ولتاژ 220 ولت شهر به ولتاژ های 5 ولت و 12 ولت DC است.

لیست قطعات

برد برد

ترانس 220 به 12 یک آمپری

یک عدد پل دیودی 1 آمپری

خازن 470 میکرو فاراد 25 ولت و 100 میکرو 25 ولت یا 16 ولت

یک عدد LED به رنگ دلخواه

مقاومت 1 کیلو اهم

رگولاتور های 7805 و 7812

سیم بردبردی یا سیم خشک یک رشته

توجه کنید که ممکن است خازن یا مقاومت به تعداد کم را نفروشند و در بسته های 10 تایی یا ... بفروشند. اگر در تهران هستید تقاطع جمهوری و حافظ پاساژ عباسیان فروشگاه سیما الکترونیک و چهره الکترونیک قطعات به تعداد کم میفروشند.

برای شروع ما باید ولتاژ برق شهر را به 12 ولت AC تبدیل کنیم برای این کار از ترانس مان استفاده میکنیم. توجه کنید که سرهای ترانس روی قسمتی که از آن خارج شده اند ولتاژشان مشخص شده پس حواستان باشد که اشتباها به قسمت 12 ولت ترانس 220 را متصل نکنید و همچنین مراقب برق شهر نیز باشید.

حال باید ولتاژ AC را به DC تبدیل کنیم :

برای این کار ما از یک یکسو کننده تمام موج استفاده میکنیم. در قسمت دیود ها ما یکسو کننده نیم موج که نصف ولتاژ سینوسی را عبور میداد را دیدیم. با بستن 4 دیود در آرایش پل دیودی یا خرید یک عدد پل دیودی میتوانید یکسو کننده تمام موج داشته باشید.


همان طور که گفتم شما میتوانید یک پل دیودی را با بستن 4 دیود 1n4007 به شکلی که گفتیم بسازید یا این که یک پل دیودی از بازار تهیه کنید.


شکل بالا یک نمونه پل دیود 1 آمپر است. دو سری که علامت ~ دارند برای ورودی AC هستند و سر + و – هم که خروجی + و – پل میباشد.

حال ولتاژ ما یکسو شده است و باید آن را صاف کنیم. این کار را بوسیله ی خازن انجام میدهیم.



همان طور که مشاهده میکنید خروجی با قرار دادن یک خازن صاف میشود و به DC نزدیک میشود.

میتوانید در این مرحله یک LED را با مقاومت 1 کیلو اهمی سری کنید و با رعایت جهت LED به دو سر مدار بزنید و ببینید که روشن میشود.

حال باید ولتاژمان را رگوله کنیم این کار را با استفاده از رگولاتور 7805 و 7812 انجام میدهیم. در آخر مدارمان به شکل زیر خواهد شد.

همان طور که در جلسه قبل گفتیم زمین ها صرفا یک نماد هستند و باید به هم وصل شوند.

در جلسه بعد نحوه شبیه سازی این مدار را به شما نشان خواهیم داد ولی بهتر است خودتان دست به کار شوید و این مدار کاربردی را بسازید.