دانلود کنید

اینم یه فایل زیپ که توش پره از عکس های روبات ها. حتما دانلودش کنید


دانلود

امروز در طی یک درس بسیار کوتاه و مختصر قرار است به سراغ موجودی به نام دیود برویم و به بررسی نوعی دیود كه (ال ای دی) نام دارد بپردازیم. در حین توضیح این قطعات هم با شماتیك آنها ( یعنی اینکه چطور این ادوات روی کاغذ نمایش داده میشوند ) آشنا خواهیم شد.
این شکل شماتیک خیلی اهمیت دارد چون بعدا برای لحیم کردن قطعات باید از روی نقشه آن ها را پیدا کنیم و سر جای خودشان لحیم کنیم و تا وقتی که شکل شماتیک آنها را نشناسیم ممکن است دچار سرگیجه شویم!!


حالا به سراغ دیود (ال ای دی) می‌رویم.
حتما تا به حال درباره مسیرهای یك طرفه چیزهایی شنیده اید، مثلا شیرهای یك طرفه شیرهائی هستند كه فقط از یك طرف اجازه عبور آب و ... را می‌دهند. یعنی برای عبور آب دو شرط لازم است یكی شرط عمودی برای انتقال یعنی اختلاف فشار آب و دیگری اینكه آب از طرفی كه بیشتر به آن اجازه می‌دهد عبور می‌كند.

دیود هم یك شیر یك طرفه است كه فقط در یك جهت اجازه عبور جریان الكتریکی را خواهد داد یعنی برای عبور جریان دو شرط لازم است: اختلاف ولتاژ و جهت درست.


شكل دیود در كتاب ها بصورت روبروست:

همان طور كه می‌دانید اختلاف فشار باعث ایجاد نیروئی می‌شود كه باعث حركت الكترون ها شده و جریان را بوجود می‌آورد در ساختار فوق این اختلاف ولتاژ باید در طرف چپ دیود وجود داشته باشد یعنی ولتاژ سمت چپ از سمت راست بزرگتر باشد تا جریان در موارد فوق برقرار شود. در اینصورت دیود بصورت سیمی در می‌آید كه اختلاف ولتاژ دو سر آن صفر خواهد بود.

به طور خلاصه اگر دیدود در جهت مناسب قرار بگیرد جریان را از خودش عبور میدهد و اصلا انگار نه انگار که توی مدار هست! و اگر در جهت نادرست قرار بگیرد جریان را قطع مکیند و کلا مدار را کف فیکون میکند!

دیود در مدارات الكتریكی و الكترونیکی كاربردهای مختلف دارد از جمله محدود كننده ولتاژ، یكسره كننده جریان و ولتاژ و ... كه به تدریج با این مفاهیم آشنا می‌شویم.

چون دیود فقط از یك سمت اجازه عبور جریان را می‌دهد نحوه قراردادن آن در مدار بسیار مهم است و ما باید دیود را بطور دادخواه و درست در مدار قرار دهیم به سر – كاتد و به سر+ آند می‌گوییم.

پس باید این دو سر دیود را به خوبی بشناسیم تا مدار ما درست كار كند.

روی بدنده دیود ها معمولا یک خط سیاه چاپ میکنند تا این مسئله را نشان بدهند، برای تطابق این خط سیاه با شکل شماتیک به شکل زیر توجه کنید

ال ای دی هم نوعی دیود است كه با عبور جریان الكتریك از آن تولید نور می‌كند

ال ای دی هم از قواعد دیود ها پیروی می كند، پس باید درست در مدار قرار بگیرد ولحیم كاری شود و اگر نه روشن نمی‌شود.
میدانید منظورم از(ال ای دی) چی است؟

همان لامپ های کوچکی که روی مدار ها هست را میگویم، آنها به رنگهای قرمز و سبز و زرد یا حتی آبی پرنور وجود دارند و یکی از بهتریم ابزار برای قشنگ کردن مدار ها هستند!!

توجه به نكات فوق دور اه اندازی مدار بسیار اهمیت دارد چون بدون توجه به نكات فوق و یا كم دقت در لحیم كاری راه انداری مدار با مشكل روبرو خواهد شد

طی درس های گذشته تا حد خوبی با مفاهیم الکترونیک و برخی از قطعات اصلی مدارها آشنا شدیم:
در مورد باتری که فهمیدیم منبع سرشاری از الکترونهای سرحال و با نشاط است و ما با براه انداختن آنها توی مدار، به مدارمان جان میدهیم.

در مورد مقاومت که فهمیدیم عملا مثل یک لوله باریک عمل میکند و زور الکترونها را کم میکند اما سرعت آنها را کم نمیکند یا به عبارت الکترونیکی تر، ولتاژ(اختلاف پتانسیل) را کاهش میدهد اما آمپراژ(میزان جریان) را تغییری نمیدهد.

در مورد دیود هم فهمیدیم که فقط از یک طرف به الکترونها اجازه عبور میدهد. و فرضا برای مواقعی که ممکن است باتری را اشتباهی توی مدار بیندازیم و مدار را بسوزانیم مناسب است( اگر گفتید چرا؟)
بعد یک نوع خاص از دیود به نام دیود نوری ال ای دی را شناختیم که وقتی در جهت مناسب قرار میگرفت از خودش نور ساطع میکرد

در مورد خازن متوجه شدیم که یک جور ذخیره ساز انرژی است. دو تا صفحه دادر که رو به روی هم ایستاده اند و جمع شدن الکترونها در یک صفحه با عث جمع شدن پروتونها در صفحه مقابل میشود و عملا آنها را ذخیره میکند.


فهمیدیم که از خازن میشود برای "نویز گیری از ولتاژ" استفاده کرد. یعنی اینکه اگر اختلاف پتانسیل دو نقطه از مدار نسبت به هم خیلی با نوسان های بد فرم و غیرقابل پیشبینی تغییر میکند میتوانیم با قرار دادن یک خازن بین این دو نقطه میزان نوسانها را کم کنیم.

و .....

بیایید امروز در مورد خازن و دیود کمی بیشتر صحبت کنیم چون چند تا از دوستانتان در مورد این دو تا سوال داشتند و قرار شد امروز توی کلاس من توضیحات بیشتری بدهم!
و الان هم مثلا ما توی کلاس هستیم اگر چه از قیافه اش اصلا پیدا نیست!

یکی از دوستان پرسیده بود فرق خازن با باتری چیست؟
این دوست عزیز به نکته خوبی اشاره کرده بود، درست است، هر دو عنصر مداری، انرژی را در خودشان ذخیره میکنند. اما این کجا و آن کجا

خیلی ساده است، در اصل خازن در مقیاس خیلی کوچکتری این کار را انجام میدهد علاوه بر اینکه تقریبا به همان سرعتی که انرژی توی خازن ذخیره میشود، آزاد هم میشود و سرعتش هم زیاد است. در صورتی که انرژی ذخیره شده توی باتری ذره ذره آزاد میشود و مثلا با یک جرقه بزرگ تمام الکترونها نمیروند پیش پروتون ها و باتری خالی بشود!!
وقتی یک خازن پر است کافی است دو تا پایه آن را به هم متصل کنیم، در لحظه بسیار کوتاهی با یک جرقه کوچک تمام انرژی ذخیره شده در خازن تخلیه میشود میرود پی کارش!! ( امتحان کنید!)

اما اگر دو سر باتری را به هم وصل کنید این فرایند حد اقل نیم ساعت طول میکشد. باتری و سیم متثل کننده داغ داغ میشوند. و باتری خالی و خراب میشود. ( امتحان کنید!)

از آن طرف هم خازن به سرعت شارژ میشود و پر از الکترون و پروتون میگردد اما باتری را باید حداقل یکی دو سه ساعت گذاشت تا شارژ شود!

همین خاصیت سرعت در ذخیره کردن انرژی است که باعث میشود از خازن به عنوان نویز‌گیر استفاده کنند. نویز در حقیقت نوسانهای نامربوط بیخودی روی یک سیگنال است، مثلا ولتاژ وقتی بیخودی نوسان میکند نویز رویش افتاده است

وقتی مقدار ولتاژ کم میشود خازن از انرژی ذخیره شده اش توی مدار میفرستد و وقتی ولتاژ زیاد میشود خازن اضافه ی انرژی را توی خودش ذخیره میکند و اجازه ورود آن را به مدار نمیدهد ... همه این کار ها را هم به خاطر سرعت بالایش میتواند انجام دهد.

این نویز چیز غریبی هم نیست، اگر دقت کنید یک آرمیچر وقتی میچرخد یک عالمه بار در ثانیه ( این یک واحد شمارش جدید است!) جرقه میزند... هر جرقه هم یک عالمه نوسان بیخودی روی ولتاژ مدار می اندازد.
حالا کافی است یک خازن مناسب دو سر موتور وصل کنیم تا این نوسان ها کم شود ....

نتیجه اش غیر قابل تصور است!... نوسان ها به قدری کم میشوند که شما میتوانید راحت موتور ها را در کنار یک میکرو کنترلر ( که معمولا به نوسان حساس است) قرار داده و یک روبات بسازید!

میبینید که خاصیت نویز گیری خازن خیلی به ساختن روباتها کمک کرده!

یک نکته را هم بگویم، آنهایی که در سری پیش آموزش روبوتیک تبیان شرکت داشتند حتما روبورو ( لینک به فروشگاه اینترنتی) را به یاد می آوردند. اگر به دو سر موتور های روبورو نگاه کنید میبینید که روی آنها دو تا خازن کوچولو لحیم شده است!! ... درست به همین علت!

حالا یک چیز جالب دیگر هم میگویم و بعد ادامه میدهیم، خازن نویز روی ولتاژ را کم میکند، میدانید برای نویز روی جریان باید چه کار کرد؟
باید از عنصری به نام سلف استفاده کنید.... حالا این سلف اصلا چی هست؟
این دیگر به عهده خودتان که اگر دوست دارید بروید دنبالش... حالا حالا ها به درد ما توی روبوتیک نمیخورد اما عنصر پر کاربردی است

و اما در مورد دیود

همان طور که هفته پیش هم خواندیم دیود عین یک شیر یک طرفه است.

الکترونها میتوانند از یک طرف آن به طرف دیگر بروند اما همچین که خواستند برگردند دیگر نمیشود!


خوب این توصیف الکترونی اش بود، اما میدانید که وقتی در مورد ولتاژ و جریان دیود دقت میکنیم چه چیز هایی میبینیم؟

وقتی دیود در جهت درست توی مدار قرار میگیرد بالاخره مثل هر عنصر دیگری یک ولتاژی دو سرش می افتد و یک جریانی ازش عبور میکند

اگر در جهت درست توی مدار قرار گرفته باشد تنها مقدار ثابت 0.7 ولت روی دو سر آن می افتد و تقریبا مقاومتی هم از خودش نشان نمیدهد. و تمام جریان را عبور میدهد. به همین خاطر هم حتما باید در سر راه دیود نوری LED یک مقاومت بگذاریم تا خریان خیلی زیادی از مدار رد نشود.
اگر این مقاومت را با LED سری نکنیم، LED ما با حجوم اولین سری الکترون ها میسوزد و مدار قطع میشود. وجود مقاومت باعث میشود که الکترونها زور کافی برای سوزاندن آن را نداشته باشند!!

حالا اگر دیود را چپکی توی مدار بگذاریم.
در این صورت هیچ الکترونی از توی آن رد نمیشود و بنابر این انگار که اصلا مداری نداشته ایم!
در حقیقت دیود چپکی درست عین "مدار باز" عمل میکند، مدار باز هم همانطوری که از اسمش پیداست یعنی مداری که دو سرش باز باشد و جریان نتواند از یک سر به سر دیگر برود .

در این حالت در حقیقت تمام ولتاژ باتری روی دو سر دیود افتاده است و دیود دارد مثل یک مقاومت خیلی خیلی خیلی بزرگ رفتار میکند.
اگر ولتاژ از یک حد آستانه ای بالاتر برود ( یعنی الکترونهای پرزور زیادی به سمت دیود هل داده بشوند) دیود میسوزد و جریان برقرار میشود

آشنایی با قطعات الکترونیکی 2

آشنایی با خازن، ثابت زمانی و مسائل فیزیكی مربوط به آن

دوستان جلسه پیش با مقاومت و انواع آن و قانون اهم و مقدمات الكترونیك آشنا شدیم. این جلسه قصد داریم با برخی قطعات دیگر پر كاربرد الكترونیكی آشنا شویم. آشنایی با این قطعات پركاربرد مقدمه نصب و لحیم کاری است پس این مفاهیم بنیاد مثل اینکه خیلی خیلی اهمیت دارند!

در این جلسه با خازن و مسائل مربوط به آن و مفاهیمی چون ثابت زمانی و ... آشنا خواهیم شد.

خازن

شکل شماتیک خازن

اسم خازن را شاید شنیده باشید، اگر هم نشنیده بودید خوب حال شنیدید! ( یا دیدید!)

برای اینکه مفهوم خازن را به درستی متوجه شوید مثالی عینی و نزدیك به ذهن می‌زنیم: بچه ها حتماً منابع آب را در گوشه و كنار شهر دیده اید. این منابع برای ذخیره آب استفاده می‌شوند تا در موقع لزوم از آن استفاده گردد. همان هایی که یک منبع بزرگ آب را روی چهار تا پایه در ارتفاع چند ده متری هوا میکنند!
واضح است كه هر چه این منابع بزرگتر باشند آب بیشتری را در خود ذخیره می‌كنند. خازن هم منبعی برای ذخیره انرژی الكتریكی یا به عبارت دقیق بار الكتریكی است تا در مواقع لزوم از آن استفاده كنیم.

حتماً می‌پرسید این بار الكتریكی "کیو" اصلا چی چی است؟

باز هم مثال می‌زنیم: منبع آب كه مثال زدیم با جریان آب پر می‌شود و با جریان آب هم خالی می‌شود در واقع منبع روالی برای پر شدن و خالی شدن دارد كه برای هر دوی این اتفاق ها جریان آب لازم است. برای پر شدن و خالی شدن خازن هم جریان الكتریكی لازم است یعنی باید حتماً جریان الكتریكی برقرار شود تا خازن پر یا خالی شود. بچه ها می‌بینیم كه خازن دارای مفهوم بسیار ساده ای است.
شاید تا اینجا کمی شبیه یک باتری به نظر برسد اما ساختار آن با باتری تفاوت های خیلی زیادی دارد، درست است که هر دو این عناصر توی خودشان انرژی الکتریکی ذخیره میکنند، اما این کجا و آن کجا!!

یک تفاوت ساده اش در پر شدن و خالی شدن است، خازن را میتوان در ثانیه چند صد بار پر و خالی کرد (‌و الکترونها را سر کار گذاشت!) اما این کار را عمرا نمیشود با باتری انجام داد!

كمی بیشتر به خود خازن می‌پردازیم :

همان طور كه می‌دانید دو نوع بار الكتریكی داریم بار الكتریكی + و - به خاطر همین است كه خازن دو صفحه دارد. چون روی یك صفحه آن بار + و روی صفحه دیگر بار منفی ذخیره می‌شود. هرچه فاصله صفحات خازن كمتر باشد توانایی بارهای + و – برای حفظ هم بیشتر می‌شود ( چون بار + و – یکدیگر را جذب می‌كنند) و ظرفیت خازن هم به همین نسبت زیادتر می‌شود.
این دو صفحه رسانا با فاصله کمی از هم قرار گرفته اند، الکترونها و پروتونها توی این دو تا صفحه جمع میشوند و رو به روی هم قرار میگیرند. حضور هر کدام باعث میشود تعداد بیشتری از آن یکی در صفحات جمع شوند و به این ترتیب آنها در خازن ذخیره میشوند

بچه ها به صفحات خازن كه رو به روی هم قرار دارند جوش می‌گویند

ظرفیت خازن را برای ذخیره انرژی الكتریكی را با "سی" نشان می‌دهیم و فرمولی را هم برای آن ارائه می‌دهیم، منتها به شرطی كه از این فرمول نترسید و برای فهمیدن آن صبر كنید

در این فرمول مساحت هر کدام از این صفحات "ای" و فاصله بین دو صفحه هم "دی" است.

واضح است كه هر چه سطح مقطع خازن بزرگ تر باشد بار بیشتری روی آن جمع می‌شود چون فضای بیشتری برای ذخیره بار الكتریكی دارد. اما توضیح اینكه چرا اگر فاصله صفحات خازن كمتر شود ظرفیت خازن بیشتر میشود كمی طول و تفصیل دارد، فعلا شما قبول کنید که با کم شدن فاصله ظرفیت زیاد میشود!


بچه ها حالا میمونه "کا"
"کا"را توی خانه "ضریب نفوذ دی الكتریك" صدا میکنند! اما مفهوم آن به سخن اسم آن نیست!
ضریب نفود دی الكتریك بالا، یعنی اینكه فاصله بین دو جوش خازن از چیزی پر شود که توانائی بار های الكتریكی در حفظ هم بیشتر شود. نتیجتا "کا" به جنس ماده بین دو جوش خازن بستگی دارد.

پس فهمید كه ظرفیت خازن به چه پارامتر هایی وابسته است.

بچه ها بعد از بررسی ظرفیت خازن به بررسی مقدار بار ذخیره شده روی خازن می‌پردازیم. این هم فرمول دارد ولی قبل از فرمول مفهوم آن را بیان می‌كنیم كه ساده تر فرمول را متوجه شوید!

به مثال منبع آب بر می‌گردیم، بچه منبع آب وقتی آب شیری را در خود ذخیره می‌كند كه بزرگتر بوده و آب با فشار بیشتری وارد آن شود، درست مثل وقتی که ظرفیت خازن بیشتر بوده و جریانی از الکترونها هم با فشار وارد آن شوند، در این صورت در خازن انرزی ذخیره میشود.

می‌دانیم كه منابع آب دارای ارتفاع از سطح زمین هستند و لابد شما از من بهتر و میدانید كه برای انتقال آب به این منابع باید نیروی و انرژی مصرف كنیم، اگر این نیرو بتواند بر انرژی جاذبه غلبه كند و خود را به منبع آب برساند می‌تواند منبع را پر از آب كند و گرنه آب وارد منبع نمیشود، این مفهوم معادل مفهوم ولتاژ در خازن است.
ولتاژی كه دو سر خازن می‌افتد مثل آبی است كه با فشار دادن میخواهید خود را وارد منبع کند. هرچه ولتاژ بالاتر باشد باری كه وارد خازن می‌شود و در آن ذخیره میگردد بیشتر می‌شود. اما ولتاژ کم مقدار کمی بار را روی خازن ذخیره میکند.

پس حالا می‌توانیم فرمول را بیان كنیم :

همانطور كه دیدیم بار ذخیره شده در خازن رابطه مستقیم دارد با ظرفیت خازن:
و همینطور با ولتاژ :

رابطه مستقیم همانطور که در درس های پیش هم گفتیم، یعنی با افزایش یکی دیگری هم افزایش پیدا میکند. پس حال رابطه كل را می‌نویسم

یعنی اگر می ‌خواهیم بار بیشتری در خازن ذخیره شود باید "سی" و "وی" را زیاد کنیم.


یك مفهوم دیگر از خازن باقی ماند به نام ثابت زمانی كه آن را هم توضیح می‌دهیم و به سراغ دیود می‌رویم.

ثابت زمانی هم فرمول دارد اما اول مفهوم!
ثابت زمان یعنی مدت زمانی كه طول می‌كشد تا خازن از حالت بی بار به حالت شارژ كامل برسد و یا برعكس از حالت شارژ كامل خالی شود ( در منبع آب هم دقیقاً همین مفهوم حاكم است ) پس می‌بینیم كه هر چه ثابت زمانی كم تر باشد خازن سریعتر شارژ و یا تخلیه می‌شود .

به منبع آن بر می‌گردیم وقت می‌خواهیم از آب منبع آب استفاده كنیم سرعت خروج آب از آن یا به عبارت سرعت تخلیه منبع آب برای ما مهم است.
سرعت تخلیه آب از منبع به مسیر خط آب بستگی دارد اگر مقاومت مسیر خروج آب كم باشد آب به آسانی خارج می‌شود و در واقع منبع سریعتر تخلیه می‌گردد. یادتان میآید که ما قبلا سیم و جریان الکترونهای درون آن را با لوله آب مقایسه کرده بودیم؟

هرچه منبع ظرفیت کمتری داشته باشد، یعنی آب كمتری دارد و خود به خود زودتر تخلیه میشود. پس با مشابهت این مفاهیم با مفاهیم خازن به رابطه ثابت زمانی زیر می‌رسیم

در حقیقت مفهوم ثابت زمانی مربوط به زمان است که مثلا میخواهیم بار داخل خازن را تخلیه کنیم. برای این کهر باید برای الکترونهای یک صفحه راهی برای رسیدن به پروتونهای صفحه روبهرو مهیا کنیم تا برون به همدیگر برسند و اثرشان خنثی شود!
برای این کهر باید دو صفحه خازن را با یک سیم به هم وصل کرد، این سیم معمولا یک مقاومتی دارد که آن را با "آر" نمایش میدهیم،"سی" هم که معلوم است، همان ظرفیت خازن است که قبلا دیدیم.

هر چه كه "سی" , "آر" بیشتر باشد "تی" بیشتر است و بالعكس. یعنی هرچه مقاومت در برابر عبور جریان كمتر باشد و بار كمتری ذخیره شده باشد، عمل تخلیه سریعتر صورت میگیرد....

بچه ها فعلاً دیگر با خازن كاری نداریم ولی بعداً زیاد از آن استفاده می‌كنیم. درست است که درس امروز خیلی فیزیکی و ریاضی شد و ربط زیادی با روبوتیک نداشت اما بعدا خواهید دید که چیز هایی که امروز یادگرفتید خیلی مفید بوده است

درضمن من درمورد اون حرف های انگلیسی ازتون عذرخواهی می کنم