دانلود کنید

چند تا مقاله درباره ی الکترونیک گذاشتم؛ لذت ببرید

• Send_data_control_by_tone_phone

• DC_speed_Control

• makandeha

نوسان سازها

در مباحث قبلی با ادوات الکترونیکی مختلفی مانند مقاومت ، خازن و منابع تغذیه آشنا شدیم . به عنوان توضیح تکمیلی در مورد منابع تغذیه می توان گفت که وجود یک منبع تغذیه مناسب برای هر مدار ضروری است تغذیه تامین کننده توان یک مدار الکترونیکی است می توان گفت توان همان زور به اصطلاح عامیانه خودمان است . اگر زور یک مدار کم باشد یا یکنواخت نباشد یعنی در بعضی زمانها زیاد شود و در بعضی زمانها کم شود مدار ما بدرستی کار نخواهد کرد و نتیجه ای را که انتظار داشتیم کسب نخواهیم کرد. نکته مهم در یک مدار الکترونیکی در ابتدا وجود یک منبع تغذیه مناسب و بعد از آن وجود یک قلب تپنده در مدار نیز ضروری است . مدارات الکترونیکی معمولاً در هر ثانیه تعداد عمل خاصی را انجام می دهند که این تعداد بستگی به ضربان قلب مدار دارد . هر چه این تعداد بیشتر باشد سرعت مدار بیشتر خواهد بود شما کامپیوترهایی دارید که ضربانی معادل" 2.4گیگا هرتز "یا بیشتر را دارند یعنی دومیلیاردو چهارصد میلیون ضربان در ثانیه (اوه ه ه ه ه ه ه ه ه ه) کامپیوتر ها معمولاً در هر چند ضربان یک عمل را انجام می دهند مثلا دو عدد را با هم جمع می کنند و یا هر کار دیگر فعلا خیلی به این قضیه گیر ندهید تا در آینده از اسرارو رموز کامپیوتر سر در بیاورید .
تا الان یاد گرفتید که نیاز به یک ضربان کننده در مدار داریم اما چه گونه می توان یک ضربان کننده ساخت و یا به عبارت دیگر یک ضربان کننده چه چیزی را کم و زیاد می کند . همانطور که می توانید حدس بزنید ( با توجه به مباحث قبلی ، خوب اگه یادت نیست برو بخون، والااااااااااااااااا) آنچه که در مدار کم وزیاد خواهد شد ولتاژ خواهد بود با نمودار های زمانی آشنا هستید انشالله... اگر هم نیستید خوب من مجبورم یک بار دیگه بگم نمودار زیر را نگاه کنید

این نمودار دو محور افقی و عمودی دارد محور عمودی معرف ولتاژ است و محور افقی معرف زمان است خط قرمز رنگ نشانگر تغییرات ولتاژ است با توجه به شکل بالا می توان گفت که ولتاژ از آغاز نمودار ( ثانیه صفر) تا ثانیه 1 برابر با صفر بوده است و در ثانیه 1 مقدار آن 5 ولت شده است و تا ثانیه 2 همان قدر بوده است و ووووووووو ادامه. حالا شما می توانید بگویید در ثانیه 7 میزان ولتاژ چقدر بوده است؟؟؟
بسیار خوب فکر می کنم مفهوم نمودار زمانی را یاد گرفته باشید. شکل بالا یک نمودار زمانی است که یک سیگنال ولتاژ را نشان می دهد که بین دو مقدار صفر ولت و 5 ولت تغییر می کند . به این سیگنالها پالس هم می گوییم . سیگنال شکل فوق یک پالس نامنظم است . اما در عوض سیگنال زیر یک پالس منظم است که در هر 2 ثانیه تکرار می شود

و یا باز سیگنال زیر که در هر ثانیه 2 بار تکرار می شود.یا می توان گفت در هر نیم ثانیه 1 بار تکرار می شود

مرسوم است که تعداد نوسان در ثانیه را به عنوان سرعت یک پالس معرفی می کنند .بنابراین سرعت پالس شکل 2 نیم پالس بر ثانیه و سرعت شکل 3 ،2 پالس بر ثانیه است منظور از یک پالس صفر بودن ، 5ولت شدن ودوباره بازگشتن به صفر است . معمولا به جای عبارت پالس بر ثانیه عبارت هرتز را به کارمی برند . پالسها همیشه بین صفر وپنج ولت نیستند در بعضی جاها این عدد 3/3 ولت است ( مثلاٌ در رم کامپیوتر) و در بعضی جاها 12 ولت است از این به بعد برای راحتی عبارت به صفر ولت پایین وبه 5 یا ... بالا خواهیم گفت.
اوه ه ه ه ه ه ه ه
کلاً یک عالمه چیز یاد گرفتید اما هنوز من شروع نکردم تازه اولشه

خوب اما چه جوری می شه یک نوسانساز ساخت. راه های بسیار زیادی وجود دارد در جلسات قبلی با خازن و مقاومت آشنا شده اید و می دانید که یک خازن مدتی طول می کشد تا شارژ شود و برای دشارژ شدن هم مدت زمانی نیاز دارد ( اگه یادتون رفته و حال دارید یه نگاه به مبحث خازن و ثابت زمانی بیاندازید اگر هم حال ندارید بی خیال) با توجه به همین قضیه می توان با استفاده از یک "آِی سی" بسیار سودمند وپر کاربرد در الکترونیک به نام 555 یک اسیلاتور ساخت . "آی سی" چیز عجیب و غریبی نیست یک موجود سیاه رنگ کوچولو با تعدادی پایه ( شباهت بسیار زیادی به سوسک داره اما شاخ نداره ودر ضمن ترس هم نداره) معمولاً رو "آی سی" ها اسم "آی سی" یا شماره "آی سی" رو می نویسند اسم کارخانه سازنده و یک سری مشخصات دیگه هم روش هست که کم کم بهتون می گم. اینم شکلش

همانطور که در شکل پیداست این "آی سی"، 8 تا پایه دارد ."آی سی" ها در واقع یک مدار کامل هستند که کوچک شده اند ودر یک فضای بسیار کم جاسازی شده اند. هر یک از این پایه ها به منظور کار خاصی طراحی شده اند . اگر شما بخواهید یک نوسانساز بسازید باید به پایه های این "آی سی" تعدادی خازن ومقاومت وصل کنید چنانچه مقادیر این خازن ومقاومت را عوض کنید فرکانس پالس عوض خواهد شد .هزاران مدل برای نصب خازن ومقاومت به 555 وجود دارد که هر کدام خواص جالبی داره و یه جایی بدرد می خوره . راحت ترین و ساده ترینش چشمک زن هست اگر ما پالس تولید شده را به یک "ال ای دی" بدهیم "ال ای دی" چشمک می زند .اگر مقاوتها را عوض کنیم به طوری که فرکانس پالس بیشتر بشه لامپ سریعتر چشمک می زند و اگر فرکانس کمتر شود آرام تر چشمک می زند اما خوب نمی شود وقتی مدار را بستیم یک مقاومت را برداریم ویک مقاومت دیگر بگذاریم پس بنابراین با یک عنصر دیگه به نام مقاومت متغیر آشنا می شویم. ( من هی می خواهم چیزی نگم نمی شه)

مقاومت متغیر :
در جلسات قبل با مقاومت آشنا شدید و گفتیم که واحد آن اهم یا کیلو اهم است . وسیله دیگری هم وجود دارد که در واقع یک مقاومت با مقدار متغیر است که یک پیچ دارد که وقتی پیچ را می چرخانیم مقدار مقاومت عوض می شود . این شکل خودش و شکل درونش

وقتی که یک جفت سیم به پایه های "ای و دبلیو" وصل کنیم و دو سرسیم را به یک باطری وصل کنیم الکترونها شروع به حرکت می کنند وقتی پیچ به سمت پایه "ای" نزدیک باشد الکترونها راحت از "دبلیو" می آیند و از"ای" خارج می شود یعنی مقاومت کم است اما وقتی پیچ از پایه "ای" دور باشد الکترونها به سختی و و پس از طی مسافت زیاد و تحمل مشقات از پایه "دبلیو" به پایه "ای" می رسند

درایور

مبحث امروز ما در مورد برد بسیار مهم و کاربدی به نام درایور است داریور به معنی راننده است اما منظور ما از درایور عبارت درایور یونیت است که مفهوم آن واحد محرک است در واقع درایور موتور های ما را به حرکت در می آورد . سوالی که ممکن است برای شما مطرح شود این است که چه نیازی به درایور داریم در حالیکه می توان مستقیم دو سر موتورها را به سر باطری بزنیم و از آنها استفاده کنیم . در جواب باید گفت هدف از کار درایور فقط روشن کردن موتور نیست بلکه هدف ما بیشتر کنترل جهت موتور است که این جهت موتور در مراحل اول به صورت دستی و در مراحل بعدی هوشمند و بدون دخالت ما خواهد بود . در بسیاری از موارد ما نیازمند آن هستیم که موتور ما این توانایی را داشته باشد که از هر دو جهت توانایی چرخش را داشته باشد . ساده ترین راه این است که جهت اتصال سیمهای موتور به باطری را برعکس کنیم . اما این روش روش کار آمدی نیست چرا که هر بار باید یا باطری را برعکس کنیم یا سیم کشی را عوض کرد. راه های بسیار زیادی برای اینکار وجود دارد که بتوانیم با یک یا دو کلید این کار را انجام دهیم.
یکی راه برای اینکار استفاده از دو سری باطری جداگانه است. فرض کنید موتوری در اختیار داریم که دو سر ورودی با دایره های سیاه وسفید مشخص شده باشد و میدانیم چنانچه سر مثبت باطری به دایره سفید متصل شود موتور راستگرد خواهد چرخید . در این مدار وقتی هر یک از دو شاسی "بی و ای" قطع باشند موتور حرکت نخواهد کرد چنانچه شاسی "ای " فشرده شود وشاسی "بی" همچنان بالا باشد سر مثبت باطری 1 به سر سفید موتور وصل شده وموتور در جهت راستگرد خواهد چرخید . حال اگر شاسی "ای" فشرده نشده باشد اما شاسی "بی" فشرده شود. دراین صورت سر منفی باطری 2 به سر سفید متصل شده و موتور چپگرد می چرخد . حال اگر دو شاسی همزمان فشرده شوند باعث اتصال کوتاه دو باطری شده و باطری ها بلافاصله خالی می شوند . حتی امکان دارد گرم شوند و به مدار آسیب بزنند.
عیب این شیوه این است که در هر لحظه از نصف توان قابل دسترس استفاده می شود .( از نصف باطریها استفاده می شود) یا به عبارت دیگر اگر موتورهای های ما برای حرکت به 3 ولت باطری نیاز داشته باشند، با این مدار برای حرکت در دو جهت به 6 ولت باطری احتیاج داریم. عیب دیگر این مدار امکان تخلیه نا خواسته باطری هاست. گرچه این مشکل در سایر مدارات نیز وجود دارد ولی با استفاده از یک سری روشها از این اتفاق جلو گیری می کنند.
راه بعدی استفاده از یک باطری و دو سری سیم کشی است . ابتدا یک سیم از سر مثبت باطری به سر سفید وصل می کنیم و از سر مشکی به سر منفی باطری وصل کنیم. ( مسیر شماره 1 ) و دو کلید هم در مسیر سیم کشی قرار می دهیم هر گاه این دو کلید همزمان متصل شوند موتور راست گرد خواهد چرخید. در مرحله بعدی یک سیم از سر مثبت باطری به سر مشکی موتور وصل می کنیم و از سر سفید موتور به سر منفی باطری سیم می کشیم و دو کلید نیز در مسیر سیم کشی قرار می دهیم. ( مسیر شماره2) هر گاه این دو کلید فشرده شوند موتور چپ گرد خواهد چرخید.

مدار شکل فوق را می توانیم مرتب کرده به شکل مقابل در بیاوریم در این مدار شاسی های 1و 4 با هم و 2و3 نیز با هم هستند . یعنی باید هرگاه 4 را فشار می دهیم 1 را نیز فشار دهیم . در این شیوه بجای دو سری باطری از یک مجموعه باطری استفاده می کنیم در واقع در هر لحظه از کل توان موجود استفاده می کنیم .فشردن هر 4 شاسی در یک لحضه باعث ترمز موتور می شود گرچه اگر این اتفاق ادامه پیدا کند باطری ها نیز تخلیه می شوند. در ربات دسترسی هر لحظه به کلید ها امکان ندارد و باید به دنبال کلید دیگری باشیم که پردازشگر ما بتواند این کلید را فعال کند. در این مسئله به یک کلید الکترونیکی احتیاج داریم. به این کلید الکترونیکی ترانزیستور می گوئیم.

ترانزیستور یا کلید الکترونیکی
ترانزیستور وسیله ای 3 پایه است که در مدارات الکترونیکی کاربرد های متفاوتی دارد یکی از این کاربردها استفاده از آن به عنوان کلید است . ترانزیستور دارای 3 پایه به نامهای کلکتور امیتر و بیس است . در حالت معمولی کلکتور به امیتر متصل نیست اما هر گاه ولتاژی به بیس اعمال شود کلکتور به امیتر متصل می شود

تعجب نکنید و اصلا هم نترسید در یک لحظه یک سیل اطلاعاتی به شما وارد شد الان چندین سوال برای شما پیش آمده است .حتی می تونم قول بدم که حتی با خوندن این کلمات عجیب و غریب مشکل دارید اما مهم نیست نگران نباشید با کمی توضیح خیلی راحت می توانید از این موجود بسیار مهربان در الکترونیک استفاده کنید و بفهمید که چگونه از همین وسیله سه پایه می توان کارهای بزرگی انجام داد. به جرات می توان گفت که هیچ وسیله ای الکترونیکی وجود ندارد که ترانزیستور نداشته باشد . ترانزیستورها در مدارات الکترونیکی مانند سلولها در بدن انسان هستند"سی پی یو" در کامپیوتر شما از میلیونها ترانزیستور ساخته شده است . بلندگوی کامپیوتر حداقل از 4تا ترانزیستور برای هر بلندگو استفاده می کند.به همین ترتیب در موبایل تعداد بسیار زیادی ترانزیستور وجود دارد ترانزیستور برای مقاصد مختلف در مدلها و اندازه های مختلف ساخته می شود

گفتیم که ترانزیستور مانند کلید است اما کلید دو پایه دارد پس چرا ترانزیسور 3 پایه دارد . می تواند حدس بزنید .
شکلهای صفحه قبل را یکبار دیگر نگاه کنید . بله آفرین ( من فرض کرده ام که شما متوجه شدید پس اگر متوجه نشدید دوباره نگاه کنید) پایه سوم در واقع کنترل ترانزیستور است . کلید یک سیم دارد و یک شاسی که با دست فشار می دهید ترانزیستور 2 پایه دارد و یک پایه برای کنترل که مجموعاً می شود 3 پایه .البته ترانزیستور تنها برای کلید زنی استفاده نمی شود و کاربردهای متفاوتی دارند اما فعلا با این مبحث سروکار داریم . همانطور که گفتیم ترانزیستور شکلهای متفاوتی دارد که در تصویر اندازه های مختلف آنها را مشاهده می کنید. یک مبحث کوچک دیگر در مورد پایه های ترانزیستور وجود دارد . جهت حرکت جریان در پایه های امیتر و کلکتور مانند دیود یک طرفه است در بعضی از ترانزیستورها جریان از کلکتور به امیتر می رود( ترانزیستور های "ان پی ان" ) و در بعضی دیگر از امتیر به کلکتور می رود (ترانزیستورهای "پی ان پی" ) در نقشهای الکترونیکی یک ترانزیستور از نوع "ان پی ان" را با شکل زیر نشان میدهند

پایه فلش دار نشان دهنده امیتر است و جهت فلش بیانگر این موضوع است که جریان از پایه کلکتور می آید و از پایه امیتر خارج می شود

نوع دیگر ترانزیستور وجود دارد که جریان از امیتر می آید و از کلکتور خارج می شود ."پی ان پی

برای کار با کلید باید شاسی آنرا فشار دهیم اما برای کار با ترانزیستورهای "ان پی ان" باید به پایه بیس ولتاژی بزرگتر از ولتاژ امیتر بدهیم و برای کار با ترانزیستورهای "پی ان پی" باید به پایه بیس ولتاژی کوچکتر از ولتاژ امیتر بدهیم . نیاز به حذف کردن نیست فقط به خاطر بسپارید که فلش امیتر همیشه از ولتاژ بزرگتر به کوچکتر است .
با توجه به مطالبی که تاکنون گفتیم می توان با استفاده از ترانزیستور یک مدار کنترل جهت موتور طراحی کنیم

در مدار فوق هرگاه "اینپات 1" 5 ولت و"اینپات 2" صفر ولت باشد ترانزیستورهای "کیو4 و کیو1" قطع بوده و ترانزیستورهای "کیو3 و کیو2" وصل هستند . در نتیجه جریان از ترانزیستور "کیو 2" عبور کرده به سر مثبت موتور وارد می شود واز طریق ترانزیستور "کیو3" به باطری بر می گردد. شکل زیررا نگاه کنید در این شکل ترانزیستور 1و 3 وصل شده . 2و 4 قطع هستند

خوب توضیح در مورد اصول کار دیگه بسه بریم سراغ لحیم کاری مدار درایوری که شما دارید کمی با چیزی که گفتیم فرق داره شکل مدار را نشان می دهیم و میریم سراغ لحیم کاری

بگذارید اول یک نگاه به مدار بيندازیم

همانطوری که ملاحظه می کنید روی "پی سی بی" جای هشت تا ترانزیستور وجود دارد که با اسمهای "تی8 تا تی1" مشخص شده اند. هر درایور موتور 4 ترانزیستور نیاز دارد و ما چون 2 موتور داریم به 8 ترانزریستور احتیاج خواهیم داشت . همانطور که در نقشه ملاحظه می کنید در هر درایور 2 ترانزیستور "ان پی ان" و 2 ترانزیستور "پی ان پی" قرار دارد . بر روی ترانزیستور های شما یک عدد 4 رقمی وجود دارد که شماره ترانزیستور است. ترانزیستورها با شماره 8550 ترانزیستور "پی ان پی" هستند و که در محلهای "تی4 تا تی1" قرار می گیرند . ترانزیستورها با شماره 8050 ترانزیستور "ان پی ان" هستند و که در محلهای "تی 8 تا تی5" قرار می گیرند دقت کنید که ترانزیستورها را بر عکس نگذارید. اگر ترانزیستور را از بالا نگاه کنید یک سطح تخت دارد ویک سطح نیم دایره همین شکل بر روی "پی سی بی" نیز هست با توجه به این نکته ترانزیستورها را جابزنید و از پشت به دقت لحیم کنید. باز هم می گم خیلی از سیم لحیم استفاده نکنید ولی روغن لحیم را فراموش نکنید.
ترانزیستورها را لحیم کنید و پایه های اضافی راببرید شکل برد از بغل را دقت کنید

خوب امیدوارم تا الان تونسته باشید همه ترانزیستور ها را بدون مشکل و درست لحیم کرده باشید . برد من تا آلان این شکلی شده

قسمت بعدی باید "ال ای دی" و مقاومت مربوط به آنرا متصل کنید.
دقت کنید که پایه های "ال ای دی" را درست بزنید پایه کوچکتر را باید در قسمت پایین قرار دهید بر روی برد جاییکه باید"ال ای دی" را قرار دهید یک دایره ناقص وجود دارد اگر "ال ای دی" را نیز نگاه کنید می بینید که "ال ای دی" نیز یک دایره ناقص است که شما را راهنمایی می کند که آنرا کجا بگذارید. یک مقاومت 1"کا"(قهوه ای-مشکی – قرمز) هم بردارید ودر مکان مناسب قرار دهید

تا مقاومت 220 اهم ( قرمز- قرمز - قهوه ای ) را هم بردارید ودر مکانهای آر4 تا آر1" لحیم کنید

تقریبا داره تموم می شه فقط یک خازن مونده با یه دونه کلید بعد از اون دیگه بقیه سیم کشی به این طرف و اون طرفه. برای خازن دوباره مانند جلسه قبل دقت کنید که از جهت مناسب قرار دهید یک خازن 1000 میکرو بردارید و در جای مناسب قرار دهید . خط منفی روی خازن را پیدا کنید و در سوراخی که مثبت ندارد فرو کنید . یه راه ساده تر هم هست پایه بزرگتر را در سوراخ مثبت کنید . برای وصل کلید کمی حوصله کنید سوراخ ها و پایه های کلید کمی بزرگتر هستند و برای لحیم کاری میزان بیشتری سیم لحیم نیاز دارد اول یک پایه را لحیم کنید و وقتی که مطمئن شدید درست لحیم کردید. بقیه پایه ها را هم لحیم کنید .
در قسمتی که با نام "پاور" مشخص شده دو سیم لحیم کنید . این دو سیم به سر باطری خواهد رفت . می توانید حدس بزنید که خروجی های موتور کجاست ؟؟؟؟
دو جفت سیم هم به پایه های خروجی که برای موتورها خواهد رفت لحیم کنید

سیمها هم لحیم شد اما پایه کانکتور 1 پس چی ؟ این قسمت مربوط به اتصال این برد به سایر بردها می باشد که در جلسات بعد به بررسی آنها خواهیم پرداخت

الکترونیک روباتها

امروز میخواهیم کمی در مورد مفاهیم الکترونیک صحبت کنیم و تا حدودی ادای دانشمندان بزرگ را درآوردیم!

یک کمی خودتان را بگیرید، سینه جلو، سر بالا ... آها ... حالا شدید دانشمند، یک امروز را فعلا بی‌خیال روبات ساختن بشویم ببینیم دانشمندان چه میگویند تا بعدا دوباره از مطلب بعدی برگردیم سر کار اصلی خودمان.
راستش را بخواهید ممکن است درس امروز یک کمی کسل کننده و یا ثقیل باشد. اما به خواندنش حسابی می ارزد چون تا این مفاهیم را یاد نگیریم هیچ جوری نمیشود برویم سواغ بورد های روباتهای.

البته من معمولا عادت دارم کمی شلوغش کنم! ... آن قدر ها هم تئوری مزخرف نیست بابا! ... بیایید ببینید خودتان:

مفهوم نیرو الکترونیکی:

میبینم که آنهایی که عشق فیزیک هستند دارد از لب و لوچه هایشان آب سرازیر میشود!
بله ... درست است، خواستگاه اصلی الکترونیک فیزیک است، فیزیک الکترونیک. و ما هم الان یکمی در مورد این مسئله ها میخواهیم با هم حرف بزنیم.

همان طور که میدانید تمام چیز هایی که دور و بر ما هستند از واحد های کوچکی به نام مولکول درست شده اند، این مولکولها هم به نوبه خودشان از ترکیب اتمهای مختلف پدید آمده اند و سر آخر اتم ها هم از سه تا ذره الکترون، نوترون و پروتون تشکیل شده اند. البته دانشمند ها عادت دارند همه چیز را از آنچه که هست ریز تر کنند، بر همین اساس میگویند که این ذره ها هم از چیز هایی به نام کوآرک تشکیل شده است ... منتها چون خیلی علمی میشود ما فرض میکنیم که از این سه تا کوچکتر دیگر نداریم

خدا بیامرزد پدر جناب هایزنبرگ مرحوم را! ایشان یک نظریه دارد به نام " اصل عدم قطعیت هایزنبرگ" که میگوید ما هیچ جوری نمیتوانیم بفهمیم الکترون دقیقا کجای آن ابر الکترونی که گفتیم قرار دارد، فقط میتوانیم بگوییم یک چیزی این طرفها بود. البته اصل هایزنبرگ چیز های دیگری هم میگوید، که باز هم چون خیلی به روبوتیک ربطی ندارد واگذارش میکنیم به وقتی که بزرگ شدیم و رفتیم دانشگاه!

خوب حالا این همه داستان تعریف کردیم که چی بشود؟
که برسیم به این مطلب که هر چی آتش میسوزد از همین الکترون پدرسوخته میسوزد که اصلا هم معلوم نیست کجاست و چی کار میکند یا از کجا آمده و به کجا میرود....!
از صدقه سری همین الکترون های ناکجا آبادی است که الان شما توانسته‌اید کامپیوترتان را روشن کنید و به اینترنت وصل بشوید و این مطلب را مطالعه کنید. اصولا هر کاری توی الکترونیک سر و کارش با این الکترون ها است.

بیایید یک کمی علمی تر با این پدیده کوچک ولی مهم برخورد کنیم:

پایه ترین چیزی که توی الکترونیک با اون برخورد میکنیم، مثل همه جاهای دیگر فیزیک، نیروی است، نیروی الکتریکی

اصلا لازم نیست این فرمول را حفظ کنید، فقط برای اینکه بدانید قضیه چی است این فرمول را توضیح میدهم.

این فرمول میگوید که دو تا ذره بار دار، مثل دو تا الکترون یا یک الکترون و یک پروتون به هم نیرو وارد میکنند و میزان این نیرو از رابطه بالا حساب میشود. یعنی میزان نیرو به میزان هر کدام از بارهای الکتریکی ( کیو ها ) و توان دوم فاصله آنها ربط دارد. "کا" هم یک ضریب است و چیز مهمی نیست.

همان طور که میدانید الکترون ها بار منفی و پروتون ها بار مثبت دارند، بار های هم‌نام از هم دیگر فرار میکنند و بار های ناهم‌نام به طرف هم جذب میشوند.
این نیرو مبنای تمام کارکرد هایی است که توی الکترونیک میبینیم، ما با سو استفاده کردن از این نیرو باعث ایجاد اختلاف پتانسیل یا ولتاژ میشویم و یا جریانی از الکترون ها توی سیم ها به راه می‌اندازیم.

خودتون رو بگذارید جای یک الکترون بی کس و تنها!
فرض کنید دارید دور هسته اتم خودتان میچرخید، و بنا به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ کسی هم نمیتواند شما را ببیند، حالا از بد حادثه شما توی یک جسم رسانا هستید. جسم رسانا فرقش با اجسام نارسانا این است که الکترونها میتوانند به طور دلبخواهی دور هم هسته اتمی که خودشان پسندیدند بچرخند و در واقع از این هسته به اون یکی هسته پرش کنند! ... به این وضعیت در هم برهم و قاراشمیش میگویند دریای الکترونی. حالا شما در نقش یک الکترون بی کس و تنها مشغول چرخیدن به دور هسته خودتان هستید. یک هو یک دانشمندی به بی کاری پیدا میشود و میآید و از یک سر جسم رسانا یک عالمه الکترون وارد سیستم میکند، چه اتفاقی میفتد؟
معلوم است خوب، جا کم می آید بنابر این الکترون ها به هم نزدیک میشوند، بر اساس فرمول نیرو این مسئله باعث میشود که به هم نیرو وارد کنند، یعنی در حقیقت جا که کم بیاید شروع میکنند به هول دادن بغلدستی هایشان و بغلدستی ها هم به نوبه خودشان بغلدستی های خودشان را هول میدهند و همینجور بگیر و برو تا برسی به آن طرف جسم رسانا – بر اساس نسبیت آقای انیشتن این هول دادن با سرعت نور توی یک جسم رسانا حرکت میکند

بیایید این حرکت الکترون ها را بیشتر بررسی کنیم، فعلا کایر نداریک که اصلا آن آقای دانشمند قشنگ این همه الکترون از کجا آورد و یک هو ریخت توی سیم، فعلا ما در نقش یک الکترون بی کس و تنها ( مطابق شکل!) هستیم و باید گلیم خودمان را از این آب گلالود بکشیم بیرون!

این موج توی سیم شروع به حرکت میکند، میرود و میرود و میرود تا میرسد به جایی که سیم باریک میشود. یا میرد به جایی که حرکت این دریای الکترونی توی آنجا کند است.
فعلا بگذارید به مورد "جاده باریک میشود" توجه کنیم و بعد برویم سراغ "جاده پر دست انداز میشود"!

به نظر شما چه اتفاقاتی می افتد؟

این موج الکترون، درست عین موج آب دریا وقتی که به یک باریکه میرسد داخل باریکه با همان سرعت شروع به حر کت میکند اما برای موج چند تا اتفاق هم می افتد.

درست است که سرعت موج کم نمیشود اما زور آن به نسبت باریک بودن سیم کم میشود ( مثال موج دریا و کانال را به خاطر بیاورید).
ما توی فیزیک یک قانون خوب داریم به نام قانون بقای انرژی، بر اساس: این قانون حالا اینجا باید "زور موج الکترون" به نوع دیگری از انرژی تبدیل شود. توی مثال موج دریا و کانال این زور عمدتا تبدیل به صدا و موج بازگشتی میشود و البته با کمک همان زور هم یک عالمه آب از کناره های کانال به هوا پرتاب میشوند!
در تقریبا تمام انرژی به گرما تبدیل میشود. حالا این گرما ممکن است باعث پرتوزایی هم بشوند و نور هم تولید کند ( درست مانند مثل موج دریا وقتی ذرات آب توی هوا پرت میشدند)


وقتی به "جاده پر دست انداز هم میشود هم میرسیم همین اتفاق ها می افتد، یعنی سرعت حرکت موج کم نمیشود اما زورش کم میشود و در عوض انرژی گرمایی آزاد میشود. میتوانید برای خودتان مجسم کنید که "جاده پر دست انداز میشود" یعنی چی؟
میدانیم که توی ریانا ها الکترون ها تقریبا به طور آزاد حرکت میکنند. اما موادی هستند که به خاطر وجود ناخالصی تیو آنها جلوی حرکت آزاد الکترون ها مانع ایجاد میکنند و باعث میشوند که آنها کند حرکت کنند.

در کل به این جور چیز ها، چه "جاده باریک میشود" و چه " جاده پر دست‌انداز میشود" میگوییم مقاومت، یعنی این شرایط در برابر حرکت موج الکترون مقاومت ایجاد میکنند.

یادتان می اید چند پاراگراف بالاتتر گفت که : ، ما با سو استفاده کردن از این نیرو باعث ایجاد اختلاف پتانسیل یا ولتاژ میشویم و یا جریانی از الکترون ها توی سیم ها به راه می‌اندازیم"؟

حالا بیایید معنی دقیق کلمه های این جمله را بررسی کنیم:

جریان در حقیقت همان سرعت حرکت موج است. برای خودش کلی فرمول دارد، که فعلا بی خیال. همین را داشته باشید که جریان یعنی تعداد الکترون های عبوری از مقطع سیم در ثانیه ( همان سرعت حرکت موج)

ولتاژ هم معادل "زور موج الکترون ها" است. این هم برای خودش کلی فرمول و بند و بساط دارد که ما بیخیالش میشویم. در حقیقت ولتاژ یک جور هایی بیان کننده انرژی نهفته در موج الکترون است ....
اصل اصلش را بخواهید بر میگردد به مقدار زوری که آن آقای دانشمند قشنگ زده تا الکترون ها را جمع آوری کرده و توی جسم رسانای ما هل بدهد ( همان قانون بقای انرژی!)
البته معلوم است که معمولا ما از باتری یا منبع تغذیه برای این کار استفاده میکنیم و اگر دقت کرده باشید روی بدنه باتری مدار ولتاژ باتری را نوشته استف مثلا برای باتری های معمولای نوشته "1.5 ولت" یعنی به اندازه 1.5 ولت میتواند زور ایجاد کند!

حالا بین این سه تا پارامتر اصلی الکترونیک قانون اهم برقرار است

V = I * R

ترجمه:
ولتاژ برابر است با جریان ضرب در مقاومت

دوستان عشق فیزیک حتما میدانند که در اینجا دانشتن واحد ها خیلی مهم است. در این فرمول، که به قانون "اهم" مشهور است، ولتاژ که ولتاژ است ( دانشمندان به این اختلاف پتانسیل هم میگویند، ولی ما از همان اول گفتیم ولتاژ !) جریان بر حسب آمپر بیان میشود و مقاومت هم بر حسب اهم.

خیلی گیر ندهید که این ها یعنی چی، بعدا در مقاطع بالاتر تحصیلی کامل در باره آنها صحبت خواهیم کرد. فعلا تا همین جا داشته باشید که جریان را با آمپر و مقاومت را با اهم بیان میکنند.
برای اینکه یک کمی حساب کار دستتان بیاید بهتر است بدانید که اهم واحد کوچکی است و ما معمولا با کیلو هم ( یعنی هزار اهم) سر و کار داریم و در عوض آمپر واحد خیلی بزرگی است و ما معمولا با میلی آمپر ( یک هزارم آمپر) برخورد میکنیم....
از روی فرمول هم معلوم است دیگر، وقتی یک باتری فسقلی 1.5 ولت باشد باید طرف دیگر تساوی هم توی همین حدود ها بشود ( هر جای مدار که بگویید باید این قاتنون برقرار باشد) در نتیجه اگر مقدار نرمال مقاومت ما چند هزار اهم باشد باید مقدار جریان هم چند هزارم آمپر باشد دیگر

***

بیایید یک بار دیگر بررسی کنیم

وقتی یک باتری را به دو سر یک مقاومت وصل میکنیم:

بین دو سر آن مقاومت به اندازه عدد روی باتری ولتاژ می افتد
توی مقاومت بر اساس میزان مقاومت و عدد ولتاژ یک جریانی از الکترون ها برقرار میشود
زورش را به گرما تبدیل میکند و از آن طرف خارج میشود

به بخش هایی که سیاه کرده ام توجه کنید:

ولتاژ روی دو سر یک چیز می افتد، یادتان می آید دانشمندان به آن میگفتند اختلاف پتانسیل، یک کمی اسمش ثقیل بود، گذاشتم تا الان توضیح بدهم، در حقیقت ولتاژ مقدار تفاوت بین انرژی بین دو تا نقطه توی مدار است. مثلا بین سر مثبت باتری و سر منفی باتری به مقدار 1.5 ولت اختلاف انرژی وجود دارد.
حالا اگر خواستید مقدار ولتاژ جای دیگری را اندازه بگیرید یادتان باشد که باید نسبت به یک جایی اندازه بگیرید. یعنی ولتاژ برای محاسبه شدن نیاز به دو تا جا دارد تا اختلاف آنها را بیان کند.

جریان از توی یک چیزی رد میشود. معلوم است دیگر، یک موج الکترون های تنها و بی کس هستند و از توی یک چیزی رد میشوند. حالا اگر بخواهیم جریان را اندازه بگیریم باید برویم توی سیم!
یا اینکه سیم را قطع کنیم و الکترون ها را بریزیم توی شمارش گر خودمان و بعد دوباره از آنطرف شمارش گر آنها را توی سیم بیندازیم.

این دو تا نکته برای استفاده از مولتی متر – که هفته پیش معرفی کردیم – خیلی به درد میخورد. حالا دقیقترش را بعدا میبینید...

و اما نکته سوم:
نکته سوم بیان کننده یک مفهوم اساسی دیگر در الکترونیک است به نام مفهوم "توان‌" که واحدش "وات" است و از فرمول زیر حساب میشود

P = V* I
ترجمه:
توان برابر است با ولتاژ در جریان

به صورت خلاصه یعنی اینکه هر کدام از اجزای مدار که یک جریانی از آنها میگذرد و یک ولتاژی روی دو سر آنها افتاده با یک آهنگی انرژی الکتریکی را تبدیل به گرما میکنند و دود میکنند می فرستند هوا!

وقتی ولتاژ دو سر مقاومت و جریان توی آن را در هم ضرب کنیم معلوم میشود که در هر ثانیا چه قدر انرژی تلف میکند.

دقت کنید که مقدار ولتاژ و جریانی که به هر قطعه مداری تعلق میگیرد ربط مستقیم به همه چی دارد! یعنی بسته به اینکه مدار را چه جوری ببندید و باتری چند ولت باشد و اینها روی هر تکه از مدار یک اختلاف ولتاژ می افتد و توی هر تکه از مدار هم یک جریان خاص می افتد و در نتیجه هر تکه از مدار یک جوری شروع به تلف کردن انرژی میکنند....

گاهی اوقات روی قطعات الکترونیکی مینویسند که تا فلان توان تاقل استفاده است. یعنی اینکه اگر جوری در مدار قرار بگیرد که ضرب ولتاژ دو سرش در جریان داخلش از آن ععد گقته شده بیشتر شود قطعه مذکور بیچاره آن قدر داغ میکند تا بسوزد!
در حقیقت روی اجزای مداری – یا توی برگه های اطلاعات مربوط به آنها – با استفاده از مفهوم توان مینوسیند که قطعه چه قدر تاب تحمل گرما را دارد و چه وقتهایی میسوزد

دانلود کنید

اینم فیلم هایی از روبات ها

• FISHROBOTS

• RESCUEROBOTS

• ROBOCUP

• SHRIMP

• SNAKEROBOTS
  

دانلود کنید

اینم سه تا مقاله از روبات ها.در ضمن اینم بگم که از این روبات ها فیلم هم اضافه می کنم

• Gripper Robots

• Modular Robots

• Fish Robots

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

آشنایی با قطعات الکترونیکی 1

در این درس قصد داریم شما را با مفاهیم پایه الکترونیک مانند قانون اهم و فرمول آن و همچنین یکی از قطعات پرکاربرد الکتریکی یعنی مقاومت و انواع آن آشنا کنیم و بعد هم به توضیح مقاومت های موازی و سری و معادل خواهیم پرداخت.

رابطه ولتاژ و جریان یا قانون اهم

همانطور که آقای سنقری هفته پیش هم یک اشاره کوتاهی کرد، ولتاژ نوعی نیرو است که باعث حرکت الکترونها شده و جریان الکتریکی را به وجود می آورد. هرچه ولتاژ بیشتر باشد جریان هم بیشتر خواهد بود چون نیرویی که به الکترونها وارد میشود بیشتر است.
بیایید با یک مثال مطلب را ادامه بدهیم، همانطور که اگر ارتفاع منبع آب را از سطح زمین بیشتر کنید قدرت خروج آب از منبع بیشتر میشود و جریان آب بیشتر خواهد بود. همان طور که اگر ولتاژ دو سر یک مقاومت بیشتر باشد جریان عبوری از آن نیز بیشتر میشود. مقاومت در برابر عبور آب به قطر لوله بستگی دارد. یعنی هرچه قطر لوله بیشتر باشد مقاومت لوله در برابر عبور آب کمتر بوده و جریان آب بیشتر است.
با مقایسه منبع آب و جریان آب با ولتاژ و جریان راحت تر میتوانیم مفهوم مقاومت و رابطه بین جریان و ولتاژ را درک کنیم. خلاصه اش این است که هرچه مقاومت کمتر باشد جریان بیشتر میشود و برعکس.

در شکل زیر نمایش "شماتیک" یک مقاومت و ولتاژ و جریان آن را مشاهده میکنیم

در این شکل ولتاژ دو سر مقاومت با V و جریان عبوری از آن با I نمایش داده شده است. حالا همه این حرفهایی که گفتیم به زبان ریاضی میشود همین یک خطی که الان مینویسم:

V = I * R

که در جلسه پیش هم دیدیم که به قانون اهم مشهور است.

مفهوم فرمول فوق این است که اگر ولتاژ ثابت باشد و مقاومت کاهش یابد جریان افزایش میابد و اگر مقاومت زیاد شود به تبع آن جریان هم کاهش پیدا میکند. علمای ریاضی و فیزیک به این نوع رابطه میگویند "رابطه معکوس".

همانطور که مشاهده کردید قانون اهم بسیار ساده است و البته مهم. مبانی تمام تحلیل های الکتریکی همین قانون اهم است.

حالا بیایید برویم سر وقت یکی از پر کاربرد ترین قطعات الکتریکی، یعنی همین مقاومت که تا به حال داشتیم در موردش صحبت میکردیم.

مقاومت

در تشریح قانون اهم با مقاومت و مفهوم آن آشنا شدیم. در توضیح مقاومت در ابتدا مقدمه ای از مفهوم آن بیان میکنیم و بعد به سراغ تعیین مقدار مقاومت با استفاده از کد رنگ میرویم و در ادامه به نحوه ساخت و اندازه گیری مقاومت های متغییر خواهیم پرداخت و در نهایت مقاومت های سری و موازی را توضیح میدهیم

واحد اندازه گیری مقاومت "اهم" میباشد. در توضیح مقاومت باید بگوییم که در حقیقت عامل بازدارنده جریان الکتریکی در مدار مقاومت است. یعنی در ساده ترین حالت وقتی میخواهید جریان را کنترل کنید و نگذارید توی مدار جریان زیادی به راه بیفتد ( که عامل سوختن مدار است) از مقاومت استفاده میکنیم.

مقاومت در اشکال گوناگون در وسایل الکتریکی و الکترونیکی کاربرد بسیاری دارد. یکی از انواع مقاومت مقاومت سرامیکی یا چینی است. که روی آن را با قشری از زغال پوشانده اند. مقدار چنین مقاومتی بستگی به مقاومت قشر زغالی دارد. که در حدود 0.001 تا 10 میکرون ضخامت دارد.

دو طرف این مقاومت به سیم های قلع اندود مربوط شده و لایه ای از لاک روی مقاومت را پوشانیده است. معمولا مقدار مقاومت را با نوارهای رنگی که روی آن ترسیم شده است نشان میدهند.

تعیین مقدار مقاومت با استفاده از کد رنگ:

اندازه مقاومت بر حسب اهم بوده و به وسیله چهار نوار رنگی بر روی بدنه اش مشخص میگردد که به صورت یک عدد دو رقمی و تعدادی صفر که در سمت راست آن قرار میگیرد است. همچنین در این کد بندی میزان خطا هم با یک نوار دیگر مشخص میشود.
مجموعه این علائم دارای فاصله های یکسان از دو طرف نیستند بلکه به طور آشکار به یک طرف نزدیک‌تر هستند. برای تعیین مقدار باید جوری مقاومت را در جلوی چشم قرار بدهید که مجموعه نوارهای آن مجموعه نوارهای رنگی طرف چپ قرار بگیرد

برای خواندن مقاومت با کمک جدول زیر عمل میکنیم

0	سیاه
1	قهوه‌ای
2	قرمز
3	نارنجی
4	زرد
5	سبز
6	آبی
7	بنفش
8	خاکستری
9	سفید

ابتدا با خواندن دو نوار اول عدد دو رقمی را مشخص میکنیم و بعد با کمک نوار سوم تعداد صفر های جلوی آن را تعیین میکنیم. و اینجوری به عدد مقاومت میرسیم.

تذکر 1: اگر نوار سوم سیاه باشد به این معنی است که مقدار مقاومت همان عدد دو رقمی است و صفر اضافی ندارد.

تذکر 2: در مقاومت های کمتر از ده اهم ( یعنی یک رقمی ها ) نوار سوم طلایی است. در این جور مقاومت ها عدد دو رقمی حاصل از نوار های اول و دوم را باید در "0.1" ضرب کنیم تا عدد مقاومت در بیاید. یعنی به طور خلاصه یک ممیز بگذاریم بین دوتا نوار!

تذکر 3: اگر نوار سوم نقره ای بود یعنی مقاومت زیر 1 است، یعنی کلا مقدارش برابر کسری از اهم است و به یک اهم هم نمیرسد. در این جور مقاومت ها عدد دو رقمی حاصل از نوار های اول و دوم را باید در "0.01" ضرب کنیم. یعنی یک ممیز بگذاریم روی عدد و بعد بخوانیم!

اندازه گیری مقاومت های متغیر

علاوه بر مقاومت های ثابت، مقاومت های متغیر هم وجود دارد که کاربرد زیادی هم دارند برای مثال هم پیچ کنترل صدای رادیو و پیچ تنظیم نور چراغ خواب مقاومتهای متغیر هستند. رئوستا و پتانسیومتر دو نوع از این مقاومتها به حساب می آیند.

رئوستا به شکل شماتیک زیر در مدار ها دیده میشود

مقاومت این المان مداری میتواند بین صفر اهم تا مقدار معینی که در روی بدنه اش مشخص شده است تغییر کند. آن فلش که روی شکل دیده میشود هم موید همین مسئله است که: "قابل تغییر میباشیم!"

پتانسیومتر اما کمی پیچیده تر عمل میکند. اول شکل شماتیک آن را ببینید

این المان مداری سه تا سر دارد، مقاومت بین سر های a و b همیشه مقداری ثابت است. اما با حرکت کردن قسمت متحرک میتوانیم مقاومت های بین دو نقطه a و c و همچنین بین دو نقطه b و c را تغییر بدهیم. البته همانطور که میبینید جمع این دو مقاومت اخیر باید همان مقاومت ثابت اولیه بشود.

سوال: چطور میتوانیم با کمک یک پتانسیومتر یک رئوستا را شبیه سازی کنیم؟

مقاومت های سری و موازی:

این بخش از درس خیلی مورد توجه طراحان کنکور هم هست! چون یکی از سرگرمی های مهندسان الکترونیک این است که بنشینند شبکه های خفن از مقاومت ها تشکیل بدهند و بعد مقاومت معادل آن را با هزار بدبختی مصاحبه کنند!

ما دو نوع ساده از به هم بستن مقاومت ها که کاربرد زیادی را دارند در اینجا میگوییم و دوستان علاقه‌مند را به کتابهای مدار ارجاع میدهیم ( که البته اگر الکترونیکی نیستید، این کتابها خیلی دردی هم دوا نمیکنند!)

1 - سری بستن مقاومت ها

در این حالت که در شکل هم پیدا است. مقدار مقاتومت معادل برابر جمع مقاومتهای تک تک است. یعنی

Re = R1 + R2 + R3

خوب ناگفته پیدا است هر مقاومتی که دنبال این سری بسته بشود باعث میشود مقاومت معادل بیشتر بشود. فرض کنید شما یک مقاومت 100 کیلو اهمی میخواهید اما یادتان رفته از بازار بخرید، بهترین کار این است که مثلا ده تا مقاومت یک کیلو اهمی را با هم سری کنید و یک مقاومت معادل ده کیلیو اهمی بسازید. ( البته مقاومت معادلش یک کمی از نظر ابعاد ده برابر یک مقاومت 100 کیلوی معمولی در می آید!)

2 – موازی بستن مقاومت ها

در این سیستم به هم بستن مقاومتها همانطور که مبینید جریان بین راه های مختلف پخشن میشود و همین باعث میشود که مقاومت معادل کمتر از آن چیزی که به نظر بیاید باشد.

در حقیقت فرمول این مقاومت به شکل زیر است

در این سیستم اضافه کردن یک مقاومت معمولا باعث کمتر شدن مقاومت کل میشود ( در حقیقت راه فرار جدیدی برای الکترون ها پیدا میشود و جریان سریعتر میشود و در نتیجه مقاومت کاهش پیدا میکند. باور ندارید؟ مخرج مشترک گیری که یادتان هست؟ بنشینید خودتان حساب کنید