واحد یادگیری 6: شایستگی خواندن نقشه‌های الکترونیکی ساده

آیا تا به حال پی برده‌اید:

- چه قطعات الکترونیکی یا الکتریکی در شکل 1-6 به کار رفته است؟
- چه تعداد از این قطعات را می‌شناسید؟
- آیا برای طراحی ربات از نقشه استفاده شده است؟
- تغذیه الکتریکی ربات از چه منبعی تأمین می‌شود؟
- ربات برای حرکت به چه قطعاتی نیاز دارد؟
- اگر این ربات توانایی صحبت کردن داشته باشد، چه قطعاتی باید در ساخت آن، پیش‌بینی شود؟

هدف از آموزش این واحد یادگیری شرح عملکرد قطعات پایه و اصلی الکترونیک است. شناخت قطعات باعث آسان‌تر شدن تعمیر مدارهای الکترونیکی و خواندن نقشه‌های مربوط به آن می‌شود. در این مبحث قصد داریم ضمن معرفی نام قطعه؛ شکل ظاهری و نماد آن به شرح مختصری از عملکرد هر قطعه بپردازیم. 

در فصل‌های قبل با تعدادی از قطعات پایه‌ای الکترونیک مانند مقاومت، خازن و سلف آشنا شدید، همچنین چگونگی تعیین مقدار، کاربرد و عیب‌یابی ساده این قطعات را فرا گرفتید. در این مبحث قطعات دیگری مانند: کابل، کانکتور (اتصال‌دهنده)، فیوز، بی‌زر (بازر)، بلندگو، میکروفون، رله، لامپ، موتور، فن (پروانه‌ای یا بادبزن برقی) و کلید (سوئیچ‌ها) معرفی می‌شود. در پایان ساختمان و عملکرد تعدادی از قطعات و علائم خاص موجود در یک نقشه خاص را آموزش می‌دهیم، همچنین عملکرد کلی بلوک‌ها در یک نقشه الکترونیکی ساده را توضیح می‌دهیم. در این فرایند مانند واحدهای یادگیری قبل، توجه و رعایت مهارت‌های غیرفنی مانند کارگروهی، مسئولیت‌پذیری، رعایت نظم و ترتیب، توجه به محیط زیست و اخلاق حرفه‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و در تمام مراحل باید رعایت شود.

استاندارد عملکرد:

خواندن نقشه مدارهای ساده الکترونیکی و تعیین ارتباط اجزاء و نمادها از روی نقشه استاندارد

مواد، ابزار و تجهیزات مورد نیاز واحد یادگیری:

قطعات مجزا شامل کریستال، رله‌ها، کابل‌ها، بلندگو، بازر (بی‌زر)، میکروفون، کانکتور، فیوز، لامپ سیگنال، موتور، انواع سوئیچ، آی‌سی‌های رگولاتور، آی‌سی تایمر، آی‌سی عملیاتی، اپتو کوپلر، سون‌سگمنت (هفت قطعه‌ای- $7.seg$)، رایانه، نرم‌افزارهای خاص، لوازم‌التحریر، ابزار و تجهیزات تخصصی و آی‌سی گیت‌های منطقی.

کلید (سوئیچ Switch)

به وسایل الکترونیکی در منزل یا در کلاس و آزمایشگاه توجه کنید، آیا نوع کلید به کار رفته در وسایل و تجهیزات یکسان است؟ چه تفاوتی بین کلیدهای خاموش و روشن کردن لامپ و کلید زنگ در منزل وجود دارد؟ کلیدی که توسط آن می‌توان دو مجموعه لامپ در یک لوستر را روشن و خاموش کرد، به نظر شما چه نوع کلیدی است؟ کلیدی که در بعضی وسایل ترکیبی مانند رادیو و پخش صوت، برای انتخاب یکی از این دو حالت (رادیو یا پخش) به کار می‌رود، چه نوع کلیدی است؟

هر کلید یا سوئیچ حداقل از دو اتصال (کنتاکت) تشکیل شده است. که با توجه به شرایط انتخاب، کنتاکت‌ها می‌توانند به هم متصل یا از هم قطع شوند. هر کلید ساده دارای دو پایه است که می‌تواند به صورت همیشه باز (NO-Normally Open) همیشه بسته (NC-Normally Closed) یا حالن قطع و وصل انتخابی باشند. کلیدهای NC و NO معمولاً از نوع فشاری (Push Bottom) است. همچنین کلید می‌تواند دارای سه پایه باشد که یکی از آنها به صورت مشترک در نظر گرفته می‌شود. برخی از انواع کلیدها در جدول 1-6 آمده است. منظور از پل (pole) تعداد قطب‌ها یا شستی کلید و ترو (through) تعداد راه‌های عبوری برای کنترل مدار است.

جدول 1-6 مشخصات برخی از انواع کلید

نام فارسی	تعداد پایه	نام انگلیسی	علامت اختصاری
کلید یک پل، یک راهه	2	Single Pole Single Through	SPST
کلید یک پل، دو راهه	3	Single Pole Double Through	SPDT
کلید دو پل، دو راهه	6	Double Pole Double Through	DPDT
کلید سه پل، دو راهه	9	Tripple Pole Double Through	3PDT
کلید دو پل، یک راهه	4	Double Pole Single Through	DPST
کلید چهار پل، دو راهه	12	Four Pole Double Through	4PDT

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، با توجه به نوع کلید تعداد پایه‌ها متفاوت است. به عنوان مثال کلید یک پل یک راهه (SPST)، یک کلید یک قطبی است که یک کنتاکت و دو پایه دارد. کلید چراغ مطالعه‌ای که در منازل از آن استفاده می‌کنید معمولاً کلید یک پل یک راهه است. این کلید دارای یک کنتاکت و یک پل و یک مسیر است که با تغییر مکان پل کلید مسیر مدار بسته و باز و لامپ روشن یا خاموش می‌شود. کلید SPDT، کلید یک قطبی با دو مسیر است. به وسیله این کلید می‌توان دو لامپ (در مدار) را به نوبت خاموش و روشن کرد. در یک حالت، لامپ اول را روشن و در حالت دوم لامپ اول خاموش و لامپ دوم روشن می‌شود. به این نوع کلیدها کلید تبدیل هم می‌گویند.
شکل الف 2-6 چگونگی ارتباط داخلی کلید تک پل یک راهه (SPST)، کلید تک پل دو راهه (SPDT) و کلید و شکل ب 2-6 تصویر ظاهری یک نوع کلید (سوئیچ Switch را نشان می‌دهد.

در شکل 3-6 نماد فنی و نماد حقیقی کلیدهای تبدیل، یک پل و دو پل که در نقشه‌کشی به کار می‌رود را مشاهده می‌کنید.

کلیدهای دو ردیفه (Dip Switch)

کلیدهای دو ردیفه یا (Dual in line Package) یک گروه از سوئیچ‌های مینیاتوری هستند، که در مدارهای الکترونیکی و بردهای رایانه‌ای کاربرد دارند. عملکرد این نوع از کلیدها مشابه کلیدهای یک پل یک راهه است، با این تفاوت که در هر کلید چند ردیفه، دو یا بیش از دو کلید در یک محفظه قرار دارد. ابعاد و بسته‌بندی این نوع کلیدها مشابه بسته‌بندی ICها است. به ازاء هر کنتاکت کلید دو پایه وجود دارد. شکل 4-6 کلید دو ردیفه را نشان می‌دهد. برای دریافت اطلاعات مربوط به کلیدهای دو ردیفه (DIP Switch) به نمونه‌ای از آن که در کتاب همراه هنرآموز آمده است، مراجعه کنید.

مراحل اجرای کار:

1- با استفاده از نرم‌افزار مولتی‌سیم یا هر نرم‌افزار دیگری که در اختیار دارید، مدار شکل 6-6 را روی میز آزمایشگاهی نرم‌افزار ببندید.

2- محل کلیدها و بارگراف را شناسایی کنید.

3- در این مدار از یک کلید دو ردیفه و یک نمایشگر میله‌ای (بارگراف Bargraph) استفاده شده است. نمودار میله‌ای معمولاً شامل ده عدد LED است که در کنار هم چیده شده‌اند. در این مدار مانند سایر مدارها، از مقاومت برای محافظت LED استفاده شده است. مقدار مقاومت‌ها با توجه به ولتاژ و جریان LED محاسبه می‌شود. این مقاومت برای LEDهای معمولی بین 150 تا 220 اهم است.

4- چگونگی کار با کلیدها را بررسی کنید و بیاموزید.

5- با قطع و وصل هر یک از کلیدها، وضعیت LED متصل شده به کلیدها را بررسی کنید و درباره عملکرد آنها توضیح دهید.

مراحل اجرای کار:

1- یک نمونه کلید واقعی را در دست بگیرید، آیا اطلاعاتی بر روی آن نوشته شده است؟ اطلاعات را یادداشت کنید.

2- تعداد پایه‌های این کلید و نحوه قرار گرفتن آنها را بررسی کنید و شکل مقطع کلید را رسم نمایید.

3- در شکل رسم شده پایه‌ها را شماره‌گذاری کنید.

4- با استفاده از اهم‌متر، بررسی کنید کدام یک از پایه‌ها با یکدیگر اتصال برقرار می‌کنند؟ (در این مرحله کلید سلکتور اهم‌متر را برای آزمایش اتصال کوتاه (Buzzer) تنظیم کنید.) در مورد نتیجه کار توضیح دهید.

5- نقشه فنی کلید را ترسیم کنید.

کلید الکترونیکی

همان‌طور که می‌دانید، هر کلیدی دارای دو وضعیت قطع و وصل است. وقتی کلید قطع (خاموش) است، مقاومت الکتریکی بسیار زیادی دارد، اما وقتی که وصل (روشن) است، دارای مقاومت فوق‌العاده کم یاست. برای تغییر دادن وضعیت یک کلید معمولی انرژی مکانیکی مورد نیاز است. در کلیدهای الکترونیکی با به کار گرفتن ترانزیستورها به عنوان کلید، عمل قطع و وصل به صورت خودکار (اتوماتیک Automatic) صورت می‌گیرد. یادآور می‌شود که با عملکرد و ساختمان ترانزیستور در درس دانش فنی به طور کامل آشنا خواهید شد. شکل 7-6 مدار ساده یک ترانزیستور را به عنوان کلید نشان می‌دهد. اگر به ورودی ترانزیستور ولتاژی اعمال نشود ترانزیستور در حالت قطع است در نتیجه لامپی که در خروجی آن قرار دارد، در حالت خاموش باقی می‌ماند. با اعمال ولتاژ مورد نیاز به ورودی ترانزیستور کلید وصل و لامپ روشن می‌شود. اساس عملکرد ترانزیستور به این صورت است که با اعمال جریان بسیار کمی‌به ورودی آن، جریان بسیار بالایی در خروجی آن کنترل می‌شود. به این ترتیب ترانزیستور به عنوان یک کلید الکترونیکی عمل کرده و لامپ را روشن می‌کند.

فیوز (fuse)

برای محافظت مدارهای برقی و الکترونیکی در مقابل اتصال کوتاه یا اضافه جریان از فیوز استفاده می‌کنند. بنابراین با عبور جریان بیش از حد مجاز در مدار، فیوز عمل کرده و جریان مدار را قطع می‌کند. فیوزها از نظر رفتار و عملکرد در دو مدل برگشت‌پذیر و یکبار مصرف ساخته می‌شوند.

با عبور جریان اضافی در فیوزهای برگشت‌پذیر، کنتاکت‌های داخلی آن از هم باز می‌شود و با برگشتن مدار به حالت عادی، کنتاکت‌های فیوز به صورت خودکار یا با تحریک عامل خارجی به حالت قبلی باز می‌گردد.

هر دو نوع فیوز ذکر شده در دو نوع تندکار (قطع سریع- Fast blow Fuse) و کندکار (قطع با تأخیر- Slow blow Fuse) ساخته می‌شوند. در فیوز تندکار هنگام یکه جریان مدار به جریان نامی‌فیوز می‌رسد، فیوز جریان مدار را قطع می‌کند. در فیوز کندکار، جریان مدار با تأخیر قطع می‌شود. یعنی اگر جریان فیوز برای مدت چند میلی‌ثانیه چند برابر (مثلاً 30 تا 50 برابر) مقدار جریان نامی‌فیوز شود، فیوز قطع نخواهد کرد. در شکل 8-6 نماد فنی فیوز را در استانداردهای مختلف مشاهده می‌کنید.

فیوزهای یک‌بار مصرف یا معمولی، بیشترین مصرف و کاربرد را دارند و ارزان قیمت هستند. در شکل 9-6 چند نمونه فیوز را مشاهده می‌کنید.

فیوزهای فشنگی، مینیاتوری و خودرویی از معروف‌ترین انواع فیوزها هستند. فیوزهای مینیاتوری و فشنگی بیشتر در سیم‌کشی ساختمان، دستگاه‌های الکتریکی برقی و کارگاه‌های صنعتی کاربرد دارند و بقیه مدل‌ها در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. مانند سایر قطعات برای فیوزها نیز برگه اطالاعات (Data Sheet) وجود دارد. نمونه‌ای از این برگه اطلاعات را در کتاب همراه هنرجو ملاحظه می‌کنید.

مراحل اجرای کار:

1- چند نمونه فیوز را در اختیار بگیرید. مشخصات فنی آن‌ها را استخراج کنید و آن‌ها را با اهم‌متر آزمایش کنید.

2- کلید سلکتور اهم‌متر را برای تست اتصال کوتاه (Buzzer) تنظیم کنید.

3- با آزمایش فیوز سالم و فیوز سوخته تفاوت مقدار اهم آن‌ها را یادداشت کنید و درباره آن توضیح دهید.
مقاومت فیوز سوخته ..............= اهم
مقاومت فیوز سالم .................= اهم

4- مشخصات روی فیوز معمولی را بخوانید و یادداشت کنید و در مورد آن توضیح دهید.

5- مشخصات روی فیوز مینیاتوری را بخوانید و یادداشت کنید و در مورد آن توضیح دهید.

6- اگر هنگام تعویض فیوز سوخته، از فیوز مشابه استفاده نکنیم، یا سیمی را به جای فیوز قرار دهیم، چه خطراتی ایجاد می‌کند؟ شرح دهید.

سیم‌ها و کابل‌ها

در فصل‌های قبل با مشخصات سیم‌ها آشنا شدید. در این فصل با انواع کابل‌های مورد استفاده در صنعت الکترونیک آشنا خواهید شد.

کابل

در دستگاه‌های قابل حمل که به‌طور مکرر باید به پریز وصل شوند، یا سیم‌های آن‌ها در شرایط خاصی قرار می‌گیرند، نمی‌توانیم از سیم‌های معمولی استفاده کنیم. در این شرایط لازم است از کابل استفاده کنیم. سیم اتصال داده شده به دوشاخه تلویزیون یک نوع کابل است. پرکاربردترین کابل‌ها در صنعت الکترونیک، کابل‌های کواکسیال، مخابراتی، زوج‌سیم، نواری و تسمه‌ای (ریبونی) هستند.

کابل کواکسیال (coaxial)

کابل کواکسیال یا هم‌محور جهت انتقال اطلاعات با فرکانس بالا استفاده می‌شود. این نوع کابل به عنوان سیم آنتن، در تلویزیون‌های سیاه و سفید و رنگی به کار می‌رود. اجزای تشکیل‌دهنده کابل‌های هم‌محور به شرح زیر است:

الف) هادی داخلی که در مرکز کابل قرار دارد و محور کابل را تشکیل می‌دهد. این‌هادی را مغزی کابل می‌نامند.

ب) هادی خارجی که معمولاً به صورت سیم بافته شده در سرتاسر کابل کشیده می‌شود. از این سیم، به عنوان حفاظ الکتریکی یا شیلد، (shield) استفاده می‌شود. این حفاظ، مانع تأثیر میدان‌های خارجی مانند نویز رو‌ی‌هادی داخلی کابل می‌شود و روی عملکرد کابل اثر دارد.

پ) عایق بین دو هادی داخلی و خارجی که ضریب دی‌الکتریک آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. 

ت) پوشش خارجی کابل که عایق است و از نظر مکانیکی کابل را حفاظت می‌کند. یکی از مشخصات مهم کابل، امپدانس آن است. امپدانس عبارت از مقدار مقاومتی است که کابل در فرکانس کار ظاهر می‌کند. مثلاً امپدانس کابل آنتن تلویزیون که از نوع کابل کواکسیان است، حدوداً برابر با 75 اهم می‌باشد. در شکل 10-6 ساختمان کابل کواکسیال و چند نمونه آن را مشاهده می‌کنید. مشخصات و اطلاعات فنی این کابل‌ها در برگه اطلاعات داده می‌شود.

برای اتصال کابل‌ها به سوکت، از ابزار خاص استفاده می‌کنند.

کابل شبکه (Data)

کابل‌هایی هستند که به پایانه‌های (ترمینال) کانکتورهای خاص استاندارد مانند FCC-68 قابل اتصال هستند. کانکتورها یا اتصال‌دهنده‌ها، قطعاتی هستند که دو سیم یا کابل به آن اتصال داده می‌شود. این اتصال‌دهنده‌ها، معمولاً برای اتصال به شبکه‌های اینترنت، اینترانت یا تلفن کاربرد دارند و مجموعه آن‌ها را کابل شبکه می‌نامند. این کابل‌ها به‌صورت 4 و 6 و 8 رشته‌ای تولید می‌شوند. شکل 11-6 چند نمونه از این نوع کابل‌ها را که به سوکت شبکه نیز اتصال دارند نشان می‌دهد.

کابل معمولی (Normal)

این کابل‌ها در مواردی مانند مخابرات و شبکه کاربرد دارند. در ساختمان آن‌ها از یک یا چند رشته سیم با عایق معمولی یا نسوز و در رنگ‌های گوناگون استفاده می‌شود. در شکل 12-6 چند نمونه از این نوع کابل را مشاهده می‌کنید.

کابل‌های نواری ریبون (Ribbon)

کابل‌های نواری را کابل‌های ریبونی، تسمه‌ای و تخت نیز می‌نامند. این کابل‌ها غالباً از 4 رشته تا 64 رشته به‌صورت به هم چسبیده و تخت تولید می‌شوند و در دو مدل اصلی تک رنگ (معمولاً خاکستری) و رنگی (رنگین کمانی) با چند رنگ (حداکثر با 10 رنگ) وجود دارند. در صورت افزایش تعداد رشته‌ها به بیش از 10 رشته، رنگ‌ها تکرار می‌شوند. این کابل‌ها به‌صورت شیلددار نیز ساخته شده‌اند، که معمولاً جنس شیلد آن‌ها از لایه آلومینیوم است. در این حالت روی کابل و شیلد آن یک غلاف پلاستیکی کشیده می‌شود. شکل 13-6 سه نوع کابل نواری را نشان می‌دهد.

کابل فنری (Coiled)

کابل‌های فنری در انواع بدون شیلد و شیلددار تولید می‌شوند. شیلد کابل فنری به‌صورت نوار آلومینیومی یا بافته‌شده (Braid) است. از این نوع کابل‌ها برای انتقال اطلاعات از دستگاه تلفن به گوشی یا رابط شارژ دستگاه استفاده می‌کنند. سیم‌های داخل کابل قابل انعطاف بوده و پوشش سیم‌های داخلی و پوشش خارجی از جنس پی‌وی‌سی معمولی یا نسوز است. شکل 14-6 یک نمونه کابل فنری و برخی از موارد کاربرد آن را نشان می‌دهد.

کابل اتصال به برق شهر (Power or Main)

این کابل‌ها شامل دو یا سه رشته سیم و بدون شیلد است. دو رشته از سیم‌ها برای اتصال به فاز و نول و رشته سوم برای سیم حفاظتی و اتصال زمین استفاده می‌شود. معمولاً یک سر این نوع کابل را به دو شاخه برای اتصال به پریز برق و سر دیگر آن را با سوکت مخصوص یا از طریق لحیم‌کاری به وسایل و تجهیزات برقی وصل می‌کنند. جریان‌های قابل تحمل این نوع کابل‌های رابط را عموماً روی آن می‌نویسند.

اینگونه کابل‌ها تحمل جریان دستگاه بین 2 تا 16 آمپر را دارند. در شکل 15-6 کابل اتصال به برق شهر و اتصال‌های آن را مشاهده می‌کنید.

مراحل اجرای کار:

1- ابزار مناسب و استاندارد روکش‌برداری کابل‌های موجود در آزمایشگاه را انتخاب کنید.

2- روکش چند نمونه کابل را بردارید.

3- گزارشی درباره این که برای هر نوع کابل از چه ابزاری باید استفاده کرد؟ تهیه کنید.

کانکتورها (connectors)

کانکتورها یا اتصال‌دهنده‌ها به دلیل کاربرد گسترده یکی از بزرگ‌ترین و متنوع‌ترین گروه قطعات در صنعت الکترونیک هستند. کانکتورها یا اتصال‌دهنده‌ها بر اساس استانداردهای متداول تعریف و تولید می‌شوند. برخی از کانکتورها از استاندارد خاصی پیروی نمی‌کنند و بنا به سفارش مشتری ساخته می‌شوند.

کانکتورهای صوتی و تصویری

این نوع کانکتورها به‌صورت پایه (جک jack) یا حفره (سوکت socket) ساخته می‌شوند. به عبارت دیگر به صورت نر و ماده هستند. جک گوشی از نوع نری و محل اتصال جک گوشی به دستگاه از نوع مادگی یا سوکت است که برای برقراری ارتباط صوتی و تصویری در دستگاه‌های مختلف به کار می‌رود. بدنه این کانکتورها در دو مدل فلزی و پلاستیکی ساخته می‌شوند. نوع بدنه، تعداد اتصال رنگ، جنس بدنه، قطر جک jack، روش نصب و طول از مشخصه‌های مهم کانکتورها است که در برگه اطلاعات Data Sheet داده می‌شود. 

شکل 17-6 تعدادی از کانکتورهای صوتی و تصویری را نشان می‌دهد. 

سوکت قطعات (Component Socket)

بدنه سوکت قطعات از جنس پلاستیک و اتصال‌ها و پایه‌های آن فلزی است. سوکت روی برد دستگاه نصب و لحیم می‌شود، سپس قطعه روی آن جای می‌گیرد. سوکت جهت نصب راحت و محکم نگه داشتن قطعات به کار می‌رود و قابلیت جازدن و بیرون آوردن قطعات را نیز دارد. تعداد پایه‌های (پین‌های) سوکت بسیار متنوع بوده و با توجه به نوع قطعه در مدل‌های مختلف وجود دارند. شکل 18-6 سه نمونه سوکت را نشان می‌دهد.

کانکتور کابل ریبونی

کانکتورهایی هستند که کابل‌های ریبونی (نواری Ribbon) را می‌توان به راحتی بر روی آن‌ها نصب کرد. این کانکتورها برای انتقال اطلاعات به کار می‌رود و در دو مدل قفل‌شونده و بدون قفل وجود دارد. در شکل 19-6 چند نمونه کانکتور ریبونی و سوکت‌های آن‌ها را مشاهده می‌کنید.

کانکتورهای تغذیه DC و شارژرها (آداپتور Adaptor) 

کانکتورهای تغذیه DC در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک و شارژرها به کار می‌روند و استاندارد هستند. معمولاً تیغه یا میله (plug) و سوکت آن‌ها با قطر و جنس مناسب برای تغذیه ساخته می‌شوند. در شکل 20-6 چند نمونه کانکتور تغذیه DC مشاهده می‌کنید.

دوشاخه

این نوع کانکتورها به دو شاخه معروف هستند، ولی معمولاً سه پایه (پین) دارند. پایه اتصال سوم به عنوان اتصال زمین به کار می‌رود. از مشخصه‌های مهم دوشاخه‌ها میزان جریان مجاز قابل تحمل آن است. شکل 21-6 چند نمونه دو شاخه را نشان می‌دهد. در برخی از دو شاخه‌ها اتصال زمین به‌صورت یک تیغه فلزی است.

کانکتور تلفن و شبکه (FCC-68)

کانکتور FCC-68 کانکتور مخصوص اتصال به تلفن یا کابل شبکه است. که در دو نوع نری و مادگی وجود دارد. در برخی مدل‌ها نوع مادگی به صورت دوتایی یا دوبل (Double) ساخته می‌شود. شکل 22-6 این نوع کانکتورها را نشان می‌دهد.

کانکتور USB

کانکتور USB برای ارسال و دریافت اطلاعات، با سریع‌ترین زمان، کاربرد دارد و به صورت نری و مادگی تولید می‌شود. در واقع می‌توان گفت که این کانکتور از دسته کانکتورهای اتصال سریع است و برای USBها (مانند USB2 و USB3) ساخته می‌شوند. شکل 23-6 کانکتور USB را نشان می‌دهد.

کانکتور فرکانس بالا

از این کانکتورها در سیستم‌های فرکانس بالا استفاده می‌شود. اتصال این نوع کانکتور به‌صورت پیچی بوده و قابل اتصال به صورت مستقیم است. اتصال پیچی معمولاً با نیم‌ دورچرخش برقرار می‌شود. در دستگاه‌های آزمایشگاهی الکترونیکی از کانکتور BNC که نوعی اتصال‌دهنده فرکانس بالاست، استفاده می‌کنند. شکل 24-6 چند نمونه کانکتور فرکانس بالا را نشان می‌دهد.

کانکتورهای فیبر نوری

کانکتورهای فیبر نوری جهت اتصال فیبر یا کابل فیبر نوری به مدارها استفاده می‌شود. این نوع کانکتورها در انواع گوناگون ساخته شده است. شکل 25-6 چند نمونه کانکتور فیبر نوری را نشان می‌دهد.

کانکتورهای پرسی

کاربرد کانکتورهای پرسی گسترده بوده و در صنایعی مانند مخابرات، خودرو و پست‌های برق مورد استفاده قرار می‌گیرد و از نظر شکل ظاهری بسیار متنوع است. این کانکتورها قابل اتصال به انتهای سیم هستند، از این رو آنان را سرسیم یا کفشک کابل (Cable Shoe) نیز می‌نامند.

در مدل پرچی، همیشه انتهای سیم به انتهای محل تعیین شده در کانکتور پرس می‌شود. برای پرس‌کاری نیاز به دستگاه خاص دارد. این نوع کانکتور را پایانه یا ترمینال هم می‌نامند. در مدل‌های پرسی، می‌توان پس از پرس کردن، آن را لحیم‌کاری کرد. مدل‌هایی مانند مدل دو شاخه (Fork) و مدل حلقوی (Ring) نیز وجود دارد که پیچ، داخل زایده آن‌ها قرار می‌گیرد. مانند سایر قطعات، این قطعه نیز دارای مشخصات فنی استاندارد است. شکل 26-6 چند نمونه کانکتور پرسی را نشان می‌دهد. 

مراحل اجرای کار:

1- تعدادی کانکتور را در اختیار بگیرید، اتصال‌های آن‌ها را به‌صورت چشمی بررسی کنید.

2- با استفاده از اهم‌متر اتصال پایه‌ها را بیابید.

3- با توجه به اتصال پایه‌های آن‌ها، نقشه اتصال آن‌ها را رسم کنید.

4- با استفاده از نرم‌افزار، نقشه کشیده شده را با نقشه اصلی (موجود در برگه اطلاعات) تطبیق دهید.

بلندگو

بلندگو وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی صوت را به ارتعاشات مکانیکی قابل شنیدن تبدیل می‌کند. بلندگوها با توجه به کاربرد در انواع مختلف ساخته می‌شوند. هر بلندگو دارای مشخصه‌های فنی مانند محدوده فرکانس کار، قدرت و امپدانس (مقاومت) است. در شکل 27-6 تعدادی بلندگو نماد فنی و ساختمان داخلی آن را مشاهده می‌کنید.

معمولاً پشت بلندگو مقدار توان و امپدانس چاپ می‌شود و گاهی نیز نام سازنده و کد شرکت سازنده نوشته می‌شود.

بی‌زر (بازر Buzzer)

بی‌زر با دریافت ولتاژ DC، فرکانس ثابت صوتی قابل شنیدن را تولید می‌کند. بی‌زر (بازر) می‌تواند با ولتاژ مستقیم و متناوب کار کند. سازنده‌ها عموماً فرکانس‌های صوتی KHZ را ترجیح می‌دهند. از بی‌زر جهت هشدار دادن در سیستم‌های مختلف مانند رایانه، هشداردهنده‌های باز بودن درب، زنگ ساعت، هشداردهنده‌های گاز و دود استفاده می‌شود. شکل 28-6 چند نمونه بی‌زر و نماد فنی آن را نشان می‌دهد.

میکروفون

به نظر شما کدام یک از وسایل الکتریکی که در خانه یا هنرستان می‌شناسید، میکروفون دارند؟ آیا میکروفون استفاده شده در دستگاه‌های مختلف از یک نوع است؟ وسیله‌ای که برای تبدیل صوت به جریان الکتریکی به کار می‌رود، میکروفون نام دارد. میکروفون انواع مختلف دارد. ساختار میکروفون معمولاً خازنی، کریستالی، زغالی و دینامیکی است. مدل خازنی دارای دو صفحه است (مانند خازن)، یکی از صفحات ثابت و صفحه دیگر متحرک است که با اعمال صوت و حرکت صفحه متحرک فاصله بین دو صفحه تغییر کرده و در نتیجه ظرفیت خازنی تغییر می‌کند. در مدل دینامیکی، ایجاد ولتاژ خروجی بر اساس تغییر مکان سیم‌پیچ در میدان مغناطیسی صورت می‌گیرد. میکروفون در سیستم‌هایی مانند تلفن و آمپلی‌فایر که باید صوت را به‌طور مستقیم دریافت و به ولتاژ تبدیل کند، به کار می‌رود. در شکل 29-6 تعدادی میکروفون، ساختمان داخلی و نماد فنی آن را مشاهده می‌کنید.

مراحل اجرای کار:

1- مقدار مقاومت بلندگو را با اهم‌متر اندازه بگیرید و مقدار اندازه‌گیری شده را، با مقدار نوشته شده روی بلندگو مقایسه کنید. 

2- اهم‌متر را روی حالت پیوستگی (continuity) بگذارید و آن را به دو سر میکروفون دینامیکی وصل کنید. آیا در لحظه اتصال صدای تق شنیده می‌شود؟ 

3- پیل 1/5 ولتی را به بی‌زر متصل کنید. باید بی‌زر صدا کند.

4- پیل 1/5 ولتی را برای یک لحظه به بلندگو متصل کنید. باید صدای تق شنیده شود.

موتور الکتریکی

در وسایل الکتریکی و الکترونیکی خانگی مانند: یخچال، فریزر، جارو برقی، رایانه و ضبط و پخش صوت از موتور الکتریکی استفاده می‌شود. یک موتور الکتریکی، انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. 

اکثر موتورهای الکتریکی با توان‌های مختلف از حدود چند میلی وات تا چند صد کیلووات ساخته می‌شوند. شکل 30-6 تعدادی موتور وسایل الکترونیکی و نماد فنی آن را نشان می‌دهد.

در مدارهای الکترونیکی از موتورهای پله‌ای DC الکترونیکی (Stepper Motors) و سروو موتور (Servo Motor) استفاده می‌شود. در استپ موتورها، موتور با هر ضربه ناشی از ولتاژ الکتریکی به اندازه زاویه تعریف شده، می‌چرخد. با تغییر جهت ولتاژ ورودی اعمال شده، جهت چرخش استپ موتور معکوس می‌شود. در سروو موتورها با دادن ولتاژ ثابت DC معین، موتور با دور ثابتی می‌چرخد، و با کم شدن ولتاژ، سرعت کم می‌شود. همچنین با معکوس شدن قطب‌های ولتاژ ورودی، سروو موتور برعکس می‌چرخد. در شکل 31-6 چند نمونه از این نوع موتورها را ملاحظه می‌کنید.

دمنده‌ها (Fan)

خنک‌کننده سیستم‌ها، تهویه برای cpu رایانه و خنک‌کننده داخل Case رایانه (رایانه)، فن‌ها هستند. خنک‌کننده‌ها توسط موتور الکتریکی که به آن‌ها متصل است، به چرخش در می‌آیند و باعث خنک شدن محفظه داخل رایانه می‌شوند و از آسیب رسیدن به مدارهای داخلی جلوگیری می‌کنند. شکل 32-6 دو نوع فن را نشان می‌دهد. 

رله

رله وسیله یا قطعه‌ای است که با استفاده از آن می‌توان با ولتاژ و جریان کم، به مدارهای مختلف فرمان داد کنتاکت‌های متصل به ولتاژ و جریان زیاد را قطع و وصل نمود. به‌طور مثال با ولتاژ تحریک 5V DC و 100mA، می‌توانیم جریان 10 آمپر با ولتاژ 220 ولت را کنترل کنیم و موتوری را راه‌اندازی نماییم. در شکل 33-6 تصویر و نقشه فنی چند نمونه رله را مشاهده می‌کنید.

رله نوعی کلید الکتریکی سریع یا بی‌درنگ است که با تحریک توسط یک مدار الکتریکی، کنتاکت‌های آن باز و بسته می‌شود. روش کنترل باز و بسته شدن کنتاکت‌های این کلید الکتریکی می‌تواند به‌صورت‌های مختلف مکانیکی، حرارتی، مغناطیسی و الکترواستاتیک باشد.

هنگام یکه جریان نسبتاً ضعیفی وارد سیم‌پیچ می‌شود، هسته آهنی خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند و صفحه متصل به کنتاکت‌ها (پلاتین) را به سمت خود می‌کشد و سبب برقراری اتصال بین کنتاکت‌های مربوط به جریان اصلی می‌شود. شکل 34-6 ساختمان داخلی دو نوع رله را نشان می‌دهد.

رله نیمه‌هادی (حالت جامد)

در گذشته معمولاً رله‌ها با سیم‌پیچ ساخته می‌شدند و از جریان برق برای تولید میدان مغناطیسی و باز و بسته کردن کنتاکت‌های آن استفاده می‌کردند. امروزه بسیاری از رله‌ها به صورت نیمه‌هادی (حالت جامد) ساخته می‌شوند. رله حالت جامد (Solid State Relay) یک قطعه الکترونیکی است که مانند رله‌های مکانیکی عمل می‌کند ولی هیچ قطعه متحرکی ندارد. نبودن قطعه متحرک سبب افزایش طول عمر این نوع رله می‌شود. رله‌های نیمه‌هادی در مدارهایی که تعداد دفعات قطع و وصل کلید زیاد است، کاربرد دارد. از ویژگی‌های رله‌های حالت جامد می‌توان به ابعاد کوچکتر آن در مقایسه با رله‌های مکانیکی اشاره کرد. شکل 35-6 یک نوع رله حالت جامد را نشان می‌دهد. 

مشخصات فنی رله را می‌توان از روی برگه اطلاعات (Data Sheet) برچسب یا پلاک رله به‌دست آورد. با استفاده از اطلاعات برچسب رله در شکل 35-6 مشخصات و قابلیت‌های آن را به‌دست آورید. نتیجه پژوهش را به کلاس ارائه کنید.

کریستال

کریستال قطعه‌ای است که به وسیله آن می‌توانیم یک فرکانس ثابت تولید کنیم. کریستال‌ها از نوع کوارتز هستند. موارد استفاده کریستال کوارتز شفاف، نامحدود است. از کریستال کوارتز در زمینه‌های درمانی، علمی و صنعتی استفاده می‌شود. شکل 37-6 بلور کریستال خام را نشان می‌دهد. در صورتی که کریستال کوارتز از زاویه خاصی برش زده شود، کریستال حاصل به دلیل محدوده وسیع فرکانس کار می‌تواند در مدارهایی مانند: ساعت، تلفن، کنترل‌کننده‌ها، مدارهای مخابراتی و دستگاه‌هایی که نیاز به یک فرکانس مرجع دارند به‌کار رود. برای کنترل فرکانس در مدارهای مخابراتی از کریستال کوارتز استفاده می‌کنند. کوارتز، یک ماده با اثر پیزو الکتریک (تولید الکتریسیته در اثر فشار) است، که هرگاه انرژی الکتریکی دریافت کند آن را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و بالعکس انرژی مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید. به اثر ناشی از فشار برای تولید بارهای الکتریکی، اثر پیزوالکتریک می‌گویند. در شکل 38-6 ساختمان داخلی و نماد فنی کریستال کوارتز نشان داده شده است.

سنسور (حسگر)

در برخی از مراکز مانند بانک‌ها، فرودگاه، فروشگاه‌ها و مراکز اداری وقتی به جلوی در می‌رسید در به صورت خودکار باز می‌شود، یا هنگامی که به راهروی بعضی ساختمان‌ها وارد می‌شوید چراغ روشنایی به صورت خودکار روشن می‌شود، آیا می‌دانید چه قطعه الکترونیکی فرمان باز شدن در یا روشن شدن چراغ را می‌دهد؟ حسگر یا سنسور قطعه‌ای الکترونیکی است که کمیت‌های فیزیکی مانند نور، فشار، حرارت، رطوبت و دما را به کمیت‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. در واقع سنسور یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه‌گیری می‌کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید. سنسورها در انواع دستگاه‌های اندازه‌گیری، سیستم‌های کنترل آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آن‌ها به دستگاه‌های مختلف باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک و رباتیک باشد. 

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه‌ها می‌شوند. در شکل 40-6 تصویر چند نمونه سنسور را مشاهده می‌کنید.

سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهایی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می‌شوند. این عمل به نحوی است که می‌تواند باعث جذب کنتاکت رله، یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم شود. برخی کاربردهای سنسور در شمارش، کنترل حرکت، کنترل سطح مخازن، تشخیص پارگی ورق، کنترل تردد، اندازه‌گیری سرعت و اندازه‌گیری فاصله قطعه است. شکل 41-6 یک نمونه سنسور بدون تماس را نشان می‌دهد.

لامپ سیگنال

کدام‌یک از وسایل الکترونیکی یا الکتریکی را که روشن می‌کنید لامپی نیز روشن می‌شود؟ به شکل 42-6 نگاه کنید چند نمونه لامپ سیگنال می‌بینید؟ این لامپ‌ها در چه نوع دستگاه‌هایی به کار می‌رود؟

امروزه از لامپ‌های LED (ال ای دی) کم مصرف به‌عنوان لامپ سیگنال هم استفاده می‌شود و کاربرد گسترده‌ای دارد. شکل 43-6 چند نمونه کاربرد لامپ ال ای دی را نشان می‌دهد.

آی‌سی، رگولاتور، تایمر، اپتوکوپلر و گیت‌های منطقی

هدف این مرحله کار، شرح عملکرد آی‌سی‌ها، رگولاتورها، تایمر، اپتوکوپلر و گیت‌های منطقی است.

مدار مجتمع یا آی سی‌ها (Integrated Circuit = IC)

امروزه تقریباً در تمام مدارهایی که نیاز به یک پارچه‌سازی، کوچک‌سازی یا هوشمندسازی دارند، از IC استفاده می‌شود. ساختار داخلی مدارهای مجتمع عموماً تراشه‌های سیلیکونی است. با استفاده از این قطعات می‌توانیم انواع مدارهای قابل برنامه‌ریزی را به وجود آوریم. آی‌سی‌ها می‌توانند کاربردهای متفاوتی مانند: تقویت‌کننده، شمارنده، تضعیف‌کننده، تایمر و راه‌انداز داشته باشند. آی‌سی‌ها در دو دسته آنالوگ و دیجیتال ساخته می‌شوند.

در برگه اطلاعات، مشخصات آی‌سی‌ها، نوع و تعداد ترانزیستور، ولتاژ کار، تعداد پایه و مدار داخلی داده می‌شود. بدنه آی‌سی‌ها معمولاً به‌صورت پلاستیک، سرامیک و فلزی ساخته می‌شوند. در شکل 46-6 چند نمونه آی‌سی را مشاهده می‌کنید.

آی‌سی‌ها را با شماره مشخص می‌کنند. با مراجعه به سایت‌های اینترنتی و درج شماره آی‌سی می‌توانید مشخصات آی‌سی را بیابید. 

رگولاتورها (تثبیت‌کننده‌ها)

در اکثر مدارها و دستگاه‌های الکترونیکی، برای تأمین انرژی و توان مصرفی سیستم، نیاز به منابع تغذیه داریم. منابع تغذیه، ولتاژ DC مورد نیاز خود را از طریق برق شهر تهیه می‌کنند. حال اگر به هر دلیلی جریان بار یا ولتاژ برق شهر تغییر کنند، آیا ولتاژ خروجی منبع تغذیه ثابت می‌ماند؟ جواب منفی است. این تغییر ولتاژ روی دستگاه‌های مرتبط با آن، مانند وسایل آزمایشگاهی، مدارهای رایانه و سیستم‌های صنعتی اثر می‌گذارند و سبب خطا در عملکرد آن می‌شود. برای جلوگیری از اینگونه خطاها باید ولتاژ خروجی منابع تغذیه را ثابت نگه داریم. برای تثبیت ولتاژ خروجی از آی‌سی‌های رگولاتور ولتاژ استفاده می‌کنیم. رگولاتورهای سه پایه با ولتاژ خروجی مثبت، منفی، ثابت و متغیر از مناسب‌ترین قطعات برای این منظور هستند. شکل 47-6 چند نمونه آی‌سی رگولاتور را نشان می‌دهد.

هر آی‌سی را با یک شماره خاص مشخص می‌کنند. مشخصات آی‌سی رگولاتور را در برگه اطلاعات می‌آورند. در کتاب همراه هنرجو یک نمونه برگه اطلاعات مربوط به آی‌سی رگولاتور 7805 را مشاهده می‌کنید.

تایمر (نگهدارنده زمان-زمان‌گیر)

تایمر شامل مدار مجموعه کلیدی تیغه‌های باز و بسته است که با اتصال انرژی الکتریکی به آن، بعد از مدت زمان معین که ما برای آن تعریف می‌کنیم عمل می‌کند، پس از تحریک، تیغه‌های باز، بسته و تیغه‌های بسته، باز می‌شود. بدیهی است با قطع تغذیه، تیغه‌ها به حالت اولیه خود باز می‌گردند. شکل 49-6 دو نمونه تایمر را نشان می‌دهد. تایمرها در دو نوع الکترومکانیکی و الکترونیکی ساخته می‌شوند. اطلاعات مربوط به مشخصات تایمرها در برگه اطلاعات و برچسب روی آن داده می‌شود. نمونه‌ای از برگه اطلاعات و برچسب این تایمرها در کتاب همراه هنرجو آمده است.

اپتوکوپلر (opto coupler - تزویج‌کننده نوری)

به شکل 50-6 نگاه کنید. همان‌طور که از شکل این قطعه بر می‌آید، این قطعه بر اساس نور منتشر شده از یک دیود LED و یک دریافت‌کننده نور کار می‌کند. به عبارت دیگر می‌توان گفت اساس کار این المان بر پایه نور است. مجموعه اپتوکوپلر معمولاً یک IC کوچک که شامل دو بخش است. بخش فرستنده نوری که معمولاً یک دیود ال‌ای‌دی است و بخش گیرنده نوری که می‌تواند یک ترانزیستور حساس به نور (فتو ترانزیستور) باشد. این دو بخش کاملاً مجزا هستند و رابط بین آن‌ها تنها نور است. مشخصات فنی اپتوکوپلرها را در برگه اطلاعات می‌آورند.

در شکل 50-6 مدار و شکل اپتوکوپلر را مشاهده می‌کنید.

گیت‌های منطقی (دروازه‌های منطقی)

دروازه‌های منطقیِ (گیت) «پایه» و «ترکیبی» به‌صورت مدارهای الکترونیکی یک‌پارچه یا با استفاده از قطعاتی مانند رله‌ها، کلیدها ساخته می‌شوند. دروازه‌های منطقی، اساس کار ماشین‌های حساب، رایانه‌ها و مدارهای کنترل هستند. به عبارت دیگر، یک رایانه یا ماشین حساب از تعدادی دروازه منطقی تشکیل شده است. یک دروازه منطقی در حقیقت یک مدار الکترونیکی است که یک یا چند ورودی و فقط یک خروجی دارد. همه دروازه‌های منطقی که در ماشین حساب‌ها و دستگاه‌های مشابه آن به کار می‌روند، الکترونیکی هستند و از سرعت قطع و وصل بسیار بالایی برخوردارند. در صنعت گاهی به دروازه‌های منطقی نیاز داریم که بتوانند ولتاژهای بالا (مثلاً 220 ولت برق شهر) را در خروجی خود با سرعت بسیار بالا قطع و وصل کنند.

در این‌گونه موارد، دروازه‌های منطقی که با استفاده از رله‌های الکترومغناطیسی یا قطعات الکترونیک صنعتی ساخته می‌شوند را به کار می‌برند. من چراغی را روشن می‌کنم، می‌خواهم به رایانه بگویم چراغ خاموش یا روشن است، چگونه می‌توانم این مفهوم را به رایانه منتقل کنم؟ رایانه مفهوم روشن را نمی‌داند. برای فهماندن به رایانه مفهوم صفر و یک را تعریف می‌کنم. می‌گویم اگر ولتاژ به حد معینی رسید یعنی یک است و به معنی روشن بودن لامپ است و اگر ولتاژ از حد معینی پایین آمد و نزدیک به صفر شد مفهوم آن صفر است یعنی لامپ خاموش است. به عبارت دیگر روشن به معنی یک و خاموش به معنی صفر است. در مدارهای الکترونیکی صفر منطقی معادل ولتاژی در حدود صفر تا 0/8 ولت و یک منطقی معادل ولتاژی در محدوده 2 تا 5 ولت است.

گیت منطقی OR

برای هر گیت منطقی می‌توان جدول درستی یا صحت تعریف کرد و مقادیر ورودی و خروجی را بر اساس صفر و یک منطقی در آن نشان داد. در گیت منطقی OR به معنای «یا» فقط کافی است یکی از ورودی‌های آن در وضعیت یک منطقی باشد تا خروجی یک شود، یا لامپ در خروجی روشن گردد. اگر هر دو ورودی نیز یک باشند باز هم خروجی یک خواهد شد. جدول 52-6، درستی گیت OR با دو ورودی جدول است. اصطلاحاً می‌گویند، در این گیت هرگاه یکی از ورودی‌ها یا هر دو ورودی یک باشند، خروجی یک خواهد شد. اصطلاح یک منطقی به معنای روشن بودن و صفر منطقی خاموش بودن را در خروجی گیت نشان می‌دهد.

رابطه گیت منطقی OR به‌صورت $F = A + B$ نوشته می‌شود، که می‌خوانیم تابع F برابر با A یا B است. شکل 52-6 مدار کلیدی گیت OR را نشان می‌دهد.

جدول 2-6- جدول درستی گیت OR

خروجی	ورودی
F	B	A
0	0	0
1	1	0
1	0	1
1	1	1

در آی‌سی 7432، چهار گیت منطقی OR قرار دارد. این آی‌سی دارای 14 پایه است که پایه 7 به زمین اتصال دارد و به پایه 14 آن تغذیه 5 ولتی را وصل می‌کنند. 

در شکل 53-6 شکل ظاهری و مدار داخلی و نماد گیت منطقی OR را برای آی‌سی 7432 مشاهده می‌کنید.

مراحل اجرای کار:

1- مدار گیت منطقی OR را مطابق شکل 54-6 با استفاده از آی‌سی 7432 ببندید. توصیه می‌شود از سوکت آی‌سی استفاده کنید.

2- با قطع و وصل کلیدهای مدار درستی جدول صحت این گیت را بررسی کنید. در زمان آزمایش اگر کلید SPDT را در آزمایشگاه در اختیار ندارید، می‌توانید از سیم‌های استاندارد برِدبُرد استفاده کنید.

3- سیم‌های بِرِدبُرد را به پایه‌های ورودی گیت‌های منطقی داخل آی‌سی اتصال دهید (پایه‌های 1 و 2 پایه ورودی و پایه 3 خروجی یکی از گیت‌های آی‌سی است).

4- برای یک منطقی سیم متصل به پایه آی‌سی را به تغذیه 5 ولت و برای صفر منطقی از زمین مدار استفاده کنید.

گیت منطقی AND

در گیت منطقی AND به معنای «و» باید هر دو ورودی آن در وضعیت یک منطقی باشند تا خروجی یک شود. جدول درستی گیت AND با دو ورودی به صورت جدول 6-3 می‌باشد. اصطلاحاً می‌گویند: در این گیت هرگاه ورودی A «و» ورودی B یک باشند، خروجی یک خواهد شد.

مدار کلیدی گیت منطقی AND را در شکل 55-6 مشاهده می‌کنید. 

رابطه خروجی گیت منطقی AND به‌صورت $F = A.B$ (می‌خوانیم تابع F برابر A و B است).

جدول 6-3- جدول درستی AND

خروجی	ورودی
F	B	A
0	0	0
0	1	0
0	0	1
1	1	1

در آی‌سی 7408، چهار گیت منطقی AND قرار دارد. این آی‌سی دارای 14 پایه است که پایه 7 به زمین اتصال دارد و به پایه 14 تغذیه 5 ولتی را وصل می‌کنند. در شکل 56-6 شکل ظاهری و اتصال پایه‌ها در داخل آی‌سی 7408 را مشاهده می‌کنید.

برگه اطلاعات مربوط به آی‌سی 7408 را ترجمه کنید و نتیجه را در کلاس بررسی نمایید.

گیت منطقی NOT

در گیت منطقی NOT به معنای «نفی» اگر ورودی آن در وضعیت یک منطقی باشد، خروجی صفر می‌شود. جدول درستی گیت NOT به‌صورت جدول 6-4 است. در این گیت هرگاه ورودی A یک باشد، خروجی صفر خواهد شد و چنانچه ورودی صفر باشد، خروجی یک خواهد شد. اصطلاحاً می‌گویند: خروجی معکوس ورودی است.

رابطه خروجی گیت منطقی به‌صورت: $F = \bar A$ (میخوانیم تابع F برابر با نفی A است).

جدول 6-4- جدول درستی گیت NOT

خروجی	ورودی
F	A
1	0
0	1

در آی‌سی 7404، شش گیت منطقی NOT قرار دارد. این آی‌سی دارای 14 پایه است که پایه 7 به زمین اتصال دارد به پایه 14 آن تغذیه 5 ولتی را وصل می‌کنند. در شکل 58-6 نمای ظاهری و مدار داخلی آی‌سی 7404 را مشاهده می‌کنید.

مراحل اجرای کار:

1- مدار گیت منطقی NOT را مطابق شکل 59-6 با استفاده از آی‌سی 7404 ببندید.

2- با قطع و وصل کلید مدار، درستی جدول صحت این گیت را بررسی کنید و نتیجه را توضیح دهید.

استاندارد

شاید بارها شنیده‌اید که این وسیله استاندارد و دیگری استاندارد نیست و به دلیل استاندارد نبودن وسیله اتفاق ناگواری هنگام کاربرد آن رخ داده است. هیچ وقت فکر کرده‌اید که استاندارد یعنی چه؟ امروزه در دنیا وقتی کالایی یا خدماتی عرضه می‌شود، مردم به غیر از آرم تبلیغاتی (برند-Brand) آن به تاریخ تولید، انقضا، خدمات پس از فروش، نشان یا نشان‌های استاندارد آن توجه می‌کنند. شاید نتوان تعریف خیلی دقیق و صحیحی از استاندارد ارائه کرد، ولی به‌طور کلی می‌توان این‌گونه عنوان کرد که استاندارد، آزمایش‌ها و مطالعات گذشته برای نتیجه‌گیری و استفاده در آینده است. استاندارد باعث می‌شود که ما با خیال راحت، کالا و خدمات مورد نیاز خود را انتخاب کنیم و بدانیم که انتخاب ما مشکلی برای ما ایجاد نمی‌کند. اگر استاندارد نباشد، زندگی بسیار پر خطر و حادثه آفرین خواهد شد.

علامت استاندارد نشان مرغوبیت کالاست و اجناس و خدماتی که هیچ نشان استانداردی ندارند، برای استفاده مناسب نیستند.

استاندارد (Standard) در لغت به معنی نظم، قاعده و قانون است. به عبارت دیگر تعیین و تدوین ویژگی‌های لازم در تولید یک فراورده (محصول) یا انجام یک خدمت مطلوب و قابل قبول را استاندارد می‌گویند. باید به این نکته توجه داشت که در طول تاریخ با پیشرفت روزافزون جوامع، معیارهای استاندارد تغییر می‌کند و هیچ‌گاه ثابت و یکسان نیست و با توجه به مسائل اقتصادی، صنعتی، شرایط اقلیمی و فرهنگ و رسوم ملت‌ها در دنیا تغییر می‌کند. به‌همین منظور استانداردها در انواع زیر دسته‌بندی می‌شوند.

انواع استانداردها

الف) بین المللی International
ب) ملی National 
پ) منطقه‌ای Regional 
ت) محلی Local

استانداردهای برق و الکترونیک

در صنعت برق و الکترونیک برای نظارت و کنترل کیفی محصولات و خدمات مهندسی، استانداردهایی بر حسب نوع فراورده تعریف شده است. جداول این استانداردها در کتاب راهنمای هنرآموز و کتاب همراه هنرجو قرار داده شده است.

انواع شابلون‌های الکترونیکی

در ترسیم نقشه‌های الکترونیکی باید نماد فنی عناصر مدار با اندازه و مقیاس مناسب رسم شوند. در گذشته برای سرعت بخشیدن در کار نقشه‌کشی و رعایت اندازه قطعات در تمام نقشه‌ها، از ابزارهایی مانند شابلون استفاده می‌شد، ولی امروزه به دلیل استفاده از رایانه کاربرد آن تقریباً منسوخ شده است. در شکل 64-6 دو نمونه شابلون الکترونیکی را مشاهده می‌کنید.

با استفاده از رایانه و نرم‌افزارهای رایانه‌ای بدون استفاده از شابلون به آسانی می‌توانید نقشه‌های مدارهای الکترونیکی را به‌صورت استاندارد ترسیم کنید.

نقشه الکترونیکی

برای آنکه کار هر مجموعه از مدارهای الکترونیکی را به‌طور جداگانه نشان دهیم، لازم است از بلوک دیاگرام استفاده کنیم. برای این منظور معمولاً مشخصات فنی و نام هر مدار را در داخل مستطیل یا بلوک مخصوص می‌نویسیم و ورودی‌ها و خروجی‌های هر بلوک را مشخص می‌کنیم. در شکل 65-6 بلوک دیاگرام یک منبع تغذیه و مدار واقعی آن را مشاهده می‌کنید.

در اکثر مدارها و دستگا‌ه‌های الکترونیکی، برای تأمین انرژی و توان مصرفی سیستم، نیاز به منابع تغذیه داریم. در بلوک دیاگرام شکل 65-6 وظیفه هر بلوک به شرح زیر است.

الف) ترانسفورماتور: ترانسفورماتور در ورودی مدار قرار می‌گیرد و برای کاهش یا افزایش ولتاژ برق شهر (220 ولت و 50 هرتز) به اندازه مورد نیاز به کار می‌رود. معمولاً در دستگاه‌های الکترونیکی که امروزه کاربرد بسیاری دارند، از ترانسفورماتور کاهنده استفاده می‌کنند.

ب) یک سوساز: عمل یک‌طرفه کردن جریان متناوب ثانویه ترانسفورماتور را انجام می‌دهد. این عمل بر عهده دیود یا دیودهای یک سوساز است. تعداد این دیودها متناسب با نوع مدار بین یک تا چهار عدد است. معمولاً یک سوسازها به سه صورت نیم‌موج، تمام‌موج یا پل بسته می‌شوند.

پ) صافی: صافی عمل صاف کردن و یکنواخت کردن ولتاژ یک سو شده را به عهده دارد. ساده‌ترین صافی شامل یک خازن الکترولیت با ظرفیت نسبتا زیاد است.

ت) رگولاتور ولتاژ: رگولاتور ولتاژ از تغییرات ولتاژ دوسر بار جلوگیری می‌کند و آن را ثابت نگه می‌دارد.

ث) بار: هر نوع مصرف‌کننده‌ای که به خروجی رگولاتور متصل می‌شود، بار نام دارد. بار ممکن است یک رایانه، قسمتی از مدار یک تلویزیون یا یک دستگاه الکترونیکی باشد. ولتاژ صاف شده و تثبیت شده خروجی رگولاتور به بار داده می‌شود تا آن را فعال کند. در عمل، همه طراحی‌های منبع تغذیه براساس مشخصات بار انجام می‌گیرد.

علائم اختصاری مورد استفاده در نقشه‌های الکترونیکی

نقشه الکترونیکی عبارت است از مجموعه علائم گوناگون که ارتباط عناصر مختلف موجود در یک مدار را با یکدیگر مشخص می‌کند. در یک مدار الکترونیکی معمولاً قطعات و المان‌های متفاوتی به کار می‌رود. برای هر المان الکترونیکی یک علامت فنی (نماد فنی) در نظر گرفته می‌شود. شمای فنی هر المان باید طوری انتخاب شود که گویای کار و مشخصات همان المان باشد.

از این رو معمولاً از یک جدول مرجع استاندارد استفاده می‌شود. در جدول 5-6 نماد فنی همراه با حرف یا حروف اختصاری و اصطلاح انگلیسی بعضی از قطعات الکترونیک آورده شده است. جدول کامل‌تری از قطعات و علائم الکترونیکی در کتاب همراه هنرجو آورده شده است .این جدول با استفاده از استاندارد IEC تهیه شده است.

نکات مهم در ترسیم نقشه‌های الکترونیکی

جدول 5-6- علائم اختصاری و نماد فنی قطعات الکترونیکی

شرح	نماد فنی	علامت اختصاری	انگلیسی
اتصال زمین		E	Earth ground
اتصال شاسی - اتصال بدنه		-	Chassis of frame connection
اتصال مشترک		TB	Common connected
نفطه اتصال		-	Junction of connected
مقاومت اهمی		R	Resistor
مقاومت متغیر		-	Variable Resistor

در ترسیم نقشه‌های الکترونیکی باید قواعد و قراردادهایی را رعایت کرد. بعضی از مهم‌ترین قراردادها به شرح زیر است:

1- نحوه کلی ترسیم مدارها باید از سمت چپ به سمت راست باشد.

2- ورودی‌ها در طرف چپ صفحه و خروجی‌ها در طرف راست صفحه قرار گیرد.

3- متناسب با مراحل کار، مدار به ترتیب و در دنبال هم رسم شود.

4- ولتاژهای تغذیه در بالای صفحه و ولتاژهای منفی (زمین) در پایین صفحه قرار گیرند. مثلاًً مقادیر ولتاژ یک مدار ترانزیستوری به‌صورت $+ 12V$ در بالای صفحه و علامت زمین به‌صورت  در پایین صفحه مشخص می‌شود.

5- مدارهای معینی که در نقشه وجود دارند ولی قسمت اصلی مدار را تشکیل نمی‌دهند (مانند منبع تغذیه) باید در نیمه پایینی صفحه کشیده شوند.

6- خطوط اتصال بین اجزای مدار باید به‌طور دقیق رسم شوند.

7- تا آنجایی که مقدور است خطوط به صورت قائم (90 درجه) یکدیگر را قطع کنند.

8- وقتی که خطوط یکدیگر را قطع می‌کنند و در نقطه برخورد به یکدیگر وصل می‌شوند، باید محل اتصال با یک نقطه توپر مشخص شود.

واحد یادگیری 7 (شایستگی نصب نرم‌افزارهای الکترونیکی)

آیا تا به‌حال فکر کرده‌اید:

- در تلفن همراه خود نرم‌افزار الکترونیکی نصب کنید، که بتواند محاسبات را انجام دهد و مقادیر کمیت‌ها را در مدار اندازه‌گیری کند.
- در تلفن همراه خود نرم‌افزار الکترونیکی نصب کنید، که بتواند شکل موج قسمت‌های مختلف یک مدار الکترونیکی را نمایش دهد.
- یک نرم‌افزار شبیه‌ساز چه کمکی به پیاده‌سازی سخت‌افزار یک مدار می‌کند؟
- اگر علاقه‌مند به خلبانی یک هواپیما باشید آیا بلافاصله بعد از آموزش تئوری، توانایی هدایت هواپیما را خواهید داشت؟
- برای اجرای یک مدار پیچیده و گران‌قیمت، قبل از اجرای نرم افزاری باید اقدام به پیاده‌سازی سخت‌افزار نمود.
- حمل و نقل صدها صفحه از برگه اطلاعات مربوط به قطعات الکترونیکی ساده‌تر است یا در اختیار داشتن یک نرم‌افزار به‌روز و جامع مرتبط با قطعات الکترونیکی؟
- کدام ساده‌تر است؟ حمل ده‌ها جلد کتاب دربارهٔ مدارهای الکترونیکی یا یک لوح فشرده؟

پیشرفت سریع و روز افزون الکترونیک در زمینه‌های مختلف بر همگان روشن بوده و در واقع مصون ماندن از رشد انفجاری دنیای الکترونیک غیرممکن است. رایانه‌ها نه تنها در اغلب خانه‌ها جای پای خود را باز کرده‌اند، بلکه تعداد زیادی از آن‌ها در سراسر دنیا برای تبادل اطلاعات به‌صورت شبکه به هم متصل‌اند. در رشتهٔ الکترونیک، وجود شبیه‌سازهای رایانه‌ای، برای طراحی و تحلیل مدارهای الکترونیکی، اولاً نیاز به عملیات و محاسبات دستی را برطرف می‌کند، ثانیاً یادگیری اصول الکترونیک را ساده‌تر می‌سازد. در این فرایند، فراگیر در مدت زمان کمتری به مهارت کافی دسترسی پیدا می‌کند.

در این واحد یادگیری، ابتدا به تشریح توانایی‌ها، مقایسه و طبقه‌بندی حداقل چهار نمونه از نرم‌افزارهای الکترونیکی می‌پردازیم. سپس مزایا، معایب و قابلیت‌های هر نرم‌افزار را بررسی می‌کنیم. روش‌ها و فرایندهای، نصب، راه‌اندازی و به‌کارگیری نرم‌افزارهای الکترونیکی با استفاده از راهنمای ارائه شده توسط تولیدکننده را توضیح می‌دهیم و در پایان به آموزش چگونگی ترسیم نقشه‌های ساده الکتریکی و الکترونیکی می‌پردازیم.

استاندارد عملکرد:

اجرای مراحل دقیق نصب و نصب کامل نرم‌افزار

مواد، ابزار و تجهیزات مورد نیاز واحد یادگیری

نرم افزارهای الکترونیکی مولتی‌سیم، ادیسون، پروتئوس، فت (Phet) و هر نرم افزار الکترونیکی مرتبط.

نرم‌افزار الکترونیکی

نرم‌افزارهای متنوعی مانند نرم‌افزار فت (Phet)، ادیسون (Edison)، الکترونیک یار (Electronic Assistant)، محاسبه‌گر مقاومت‌ها (Color Code)، مولتی سیم (Multisim)، پروتل (Protel)، پی‌سی‌بی ویزارد (PCB Wizard)، لب ویو (LabView)، پروتئوس (Proteus)، پی اسپایس (Pspice)، اچ اسپایس (Hspice)، orcad و مت‌لب (matlab) برای رشته الکترونیک در بازار صنعت وجود دارد.

همچنین نرم‌افزارهایی به صورت نمایشی تبلیغاتی (Demo) یا به‌صورت وابسته (آموزشی-آزمایشی Trial) عرضه می‌شود که می‌تواند به‌صورت زمان محدود یا زمان نامحدود ارائه شود. نرم‌افزارهای نمایشی و وابسته به آسانی قابل بارگیری (دانلود Download) از طریق اینترنت هستند. به‌طور کلی نرم‌افزارهای شبیه ساز در رشته الکترونیک این توانایی را دارند که می‌توانند مدارهای الکتریکی و الکترونیکی را کاملاً مشابه یک مدار واقعی شبیه‌سازی کنند. در این حالت کاربر قادر است عملکرد مدار را دقیقاً مشابه یک مدار عملی مشاهده و نتایج آن را دریافت نماید. در نرم افزارهای صنعتی مانند نرم‌افزارهای تولید مدار چاپی، کاربر می‌تواند خروجی به‌دست آمده را به عنوان یک خروجی صنعتی قابل قبول، مورد استفاده قرار دهد و توسط آن یک مدار چاپی واقعی را تولید کند. در واحد کارهای قبل از نرم‌افزارهای ادیسون، مولتی‌سیم، الکترونیک یار و محاسبه‌گر مقاومت‌ها استفاده کرده‌اید. در این واحد یادگیری، به بررسی تعداد دیگری از نرم‌افزارها خواهیم پرداخت.

نرم‌افزار (Lab View) لب‌ویو

Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

یک نرم‌افزار شبیه‌سازی و گرافیکی است که به صورت گسترده‌ای برای کاربردهای مختلف در صنایع، آموزش و تحقیقات آزمایشگاهی به عنوان یک مدل استاندارد برای جمع‌آوری و پردازش داده‌ها و شبیه‌سازی مدارها درآمده است .این برنامه یک نرم‌افزار قدرتمند و قابل انعطاف جهت تجزیه و تحلیل سیستم‌های اندازه‌گیری است. نرم‌افزار Lab View مانند نرم‌افزار ادیسون و مولتی‌سیم یک محیط گرافیکی مناسب را برای کاربر فراهم می‌سازد. در این نرم‌افزار تمامی ابزارهای لازم جهت جمع‌آوری، پردازش و تحلیل داده‌ها و نمایش نتایج استفاده می‌شود. این نرم‌افزار برای موارد بی‌شماری از کاربردهای علمی و مهندسی به ویژه در زمینه کنترل، ایده‌آل و عملی است و به شما کمک می‌کند تا بتوانید نیازهای آزمایشگاهی خود را برآورده سازید. شکل 7-1 محیط این نرم‌افزار را نشان می‌دهد.

نرم‌افزار پروتئوس (Proteus)

نرم‌افزار پروتئوس (Proteus full version) قوی‌ترین نرم‌افزار شبیه‌سازی الکترونیک است که 90٪ کارایی آن در شبیه‌سازی ICهای قابل برنامه‌نویسی میکروکنترلرها (ریزپردازنده‌ها) مانند میکروکنترلرهای FPGA و AVR و PIC است. نرم‌افزار پروتئوس دارای 2 بخش طراحی مدارها و شبیه‌سازی و طراحی مدارچاپی (PCB) است.

در نسخه جدید قطعات زیادی اضافه شده و سرعت اجرای برنامه‌ها نیز افزایش پیدا کرده است. این برنامه به دلیل شبیه‌سازی فوق‌العاده قوی و دارا بودن تعداد زیادی از ICهای قابل برنامه‌ریزی، شهرت و کاربرد زیادی پیدا کرده است.

چه کسانی از نرم‌افزار Proteus استفاده می‌کنند؟

نرم افزار پروتئوس برای موارد و افراد زیر کاربرد دارد:

1- طراحان مدار کنترل
2- هنرآموزان الکترونیک برای آموزش به هنرجویان
3- مهندسان و تکنسین‌های الکترونیک برای آزمایش‌های مدار و کنترل
4- شبیه‌سازی مدارهایی که آی‌سی‌های قابل برنامه‌ریزی در آن‌ها وجود دارد.
5- طراحی رو و پشت فیبر مدار چاپی
6- طراحی مدار چاپی چند لایه

با استفاده از نرم افزار پروتئوس کاربر بدون نیاز به سخت افزار، می‌تواند برنامه مورد نظر خود را بنویسد و مدار را با تمام جزئیات و به‌صورت کامل شبیه‌سازی نماید. همچنین عیب‌یابی مدار به‌صورت نرم افزاری و بدون اتلاف وقت و دغدغه‌های مرتبط با اتصالات سخت‌افزاری، امکان‌پذیر است. پس از اطمینان از صحت عملکرد مدار، کاربر می‌تواند PCB (نقشه مدار چاپی) مدار را رسم کند و بر اساس آن دستگاه را بسازد و به کار ببرد. شکل 7-2 محیط نرم‌افزار پروتئوس را نشان می‌دهد.

نرم‌افزار PSpice 

PSPICE = Personal computer Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis

یک نرم‌افزار شبیه‌سازی برای مدارهای آنالوگ یا دیجیتال و ترکیب آن‌ها با قابلیت اجرا بر روی رایانه‌های شخصی است. با کمک PSpice ما می‌توانیم رفتار مدارهایی مانند تقویت‌کننده‌های صوتی و ماوراء صوت، منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ، مدارهای مخابراتی (اسیلاتورها، میکسرها، مدولاتورها)، خطوط انتقال قدرت، مدارهای ابزار دقیق (مبدل‌های جریان به ولتاژ، ولتاژ به جریان، ولتاژ به فرکانس، پله‌ای انداز‌ه‌گیری) مدارهای کنترل (دما، فشار، سرعت، مکان) را مدل‌سازی کنیم و سپس با شبیه‌سازی مدار، پاسخ آن‌ها را در شرایط خواسته شده مورد ارزیابی قرار دهیم.

نسخه‌های جدید PSpice دارای توانایی‌های بسیار زیادی نسبت به نسخه اولیه آن می‌باشند، که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

1- آنالیزهای پیشرفته (Advanced Analysis)
2- بهینه‌سازی خودکار مدار (automatic optimization of a circuit)
3- قابلیت تغییر در مدل اِلمان‌ها (Model Editor)
4 پارامتری کردن مدل الِمان‌ها (parametrized models)
5- اضافه شدن هزاران المان جدید
6- توانایی نصب المان‌های جدید از طریق جستجو در شبکه اینترنت

چرا ما به نرم‌افزار شبیه‌سازی مدار نیاز داریم؟

پاسخ درست به این سؤال اهمیت زیادی دارد و برای افرادی که می‌خواهند کار با این نرم‌افزار را شروع کنند، انگیزه زیادی ایجاد می‌کند، لذا لازم است به موارد مطرح شده دقت کنید: شبیه‌سازی یک مدار به طراح اجازه می‌دهد که بدون نیاز به ساخت مدار، امکان ارزیابی مدار طراحی شده را فراهم سازد. این امکان باعث صرفه‌جویی بسیار زیادی در هزینه‌ها و زمان اجرایی طرح می‌شود. با انجام شبیه‌سازی طراح می‌تواند پاسخ رفتار مدار عملی را قبل از ساخته شدن آن تحلیل کند. امکان تغییر بر روی قطعات مدارهای با توان و ولتاژ بالا در محیط شبیه‌سازی، بدون ایجاد خطر برای مدار و طراح آن وجود دارد. شبیه‌سازی مدار در شرایط مختلف کاری و محیطی نیز امکان‌پذیر است، توجه کنید که شبیه‌سازی مدار نمی‌تواند جایگزین ساخت برد مدار واقعی شود و اطلاعاتی که با آزمایش بر روی سخت‌افزار برد نمونه ساخته شده، به‌دست می‌آید را نمی‌توان به‌طور کامل از طریق شبیه‌سازی به‌دست آورد. شکل 7-3 محیط کار نرم‌افزار PSpice را نشان می‌دهد.

نرم‌افزار Altium Designer یا Protel DXP

نرم‌افزارهای مدار چاپی نیز از نرم‌افزارهایی است که در طول آموزش به دانش و مهارت آن‌ها نیاز داریم. از جمله این نرم‌افزارها می‌توان به نرم‌افزار پروتل Protel اشاره کرد. 

نرم‌افزار Altium Designer یا Protel DXP نوع ارتقا یافته نرم‌افزار پروتل است. این نرم‌افزار برای پیاده‌سازی نقشه فنی (شماتیک)، طراحی مدارچاپی (PCB) و آنالیز مدارهای آنالوگ و برخی مدارهای دیجیتالی طراحی شده است. یکی از مزایای این نرم‌افزار دسته‌بندی مناسب کتابخانه‌ها است که با صرف زمان کوتاهی می‌توان قطعه مورد نظر را پیدا کرد.

آنالیز مدارهای آنالوگ در پروتل، توسط تحلیل‌گر پی‌اسپایس (Pspice) انجام می‌شود. در محیط طراحی PCB در پروتل کتابخانه‌های کامل و بدون نقص وجود دارد. این امر سبب رفاه بیشتر کاربر در طراحی انواع PCB با این نرم‌افزار می‌شود.

نرم‌افزار Altium Designer می‌تواند طراحی شما را از لحاظ نرم‌افزاری و سخت‌افزاری به‌صورت یک‌پارچه در آورد. شما می‌توانید مراحل طراحی خود را به سادگی انجام دهید. امکانات ویژه‌ای مانند افزایش لایه‌های مکانیکی و هوش مصنوعی به نسخه جدید این نرم‌افزار افزوده شده است. با استفاده از این نسخه می‌توان طرح‌های خود را به استانداردهای جهانی نزدیک کرد. این نرم‌افزار بی‌شک یکی از بهترین برنامه‌ها در زمینه طراحی و شبیه‌سازی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی است، که به دلیل حجم بالایی که دارد تعداد بسیار زیادی از قطعات با مدلها و نمادهای مختلف را شامل می‌شود. شما با این نرم‌افزار می‌توانید انواع مدارهای مختلف حتی مدارهایی که دارای قطعاتی مانند FPGA و CPLD است را طراحی و شبیه‌سازی کنید و برای آن‌ها در محیط نرم‌افزار و با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف برنامه بنویسید و آن‌ها را برای نرم‌افزار برنامه‌ریزی نمایید.

کار کردن با این نرم‌افزار به دلیل پیچیدگی که دارد برای هنرجویان تا حدودی مشکل است. همچنین با استفاده از این نرم‌افزار قادر خواهید بود برای مدارهای طراحی شده فیبر مدارچاپی آماده کنید و از آن‌ها برای ساخت مدارها استفاده نمایید. در این نسخه امکان شبیه‌سازی و کدنویسی برخی از FPGA ها نیز فراهم شده است که زمان طراحی و پیاده‌سازی را به حداقل می‌رساند. نسخه جدید این نرم‌افزار حرف‌های دارای تحولات و پیشرفت‌های زیادی بوده که کار شما را برای طراحی نسل‌های بعدی مدارهای الکترونیک بسیار ساده کرده است. شکل 7-4 محیط کار نرم‌افزار پروتل را نشان می‌دهد.

درباره نرم‌افزار پروتل و قابلیت‌های آن تحقیق کنید و نتیجه را به کلاس درس ارائه نمایید.

نرم‌افزار PCB Wizard

نرم‌افزار دیگری که در مدارهای‌چاپی استفاده می‌شود PCB Wizard است. PCB Wizard یک نرم‌افزار ساده برای طراحی برد مدارچاپی یک لایه و دو لایه است. این نرم‌افزار در برگیرنده محدوده وسیعی از ابزارها است که همه مراحل تجاری تولید مدار چاپی را پوشش می‌دهد. این مراحل شامل ترسیم شماتیک، دریافت شماتیک، نقشه جانمایی قطعات، تنظیمات و چیدمان جدول لیست قطعات و تولید فایل برای ساخت مدارچاپی است. شکل 7-5 صفحات مختلف نرم‌افزار PCB Wizard را نشان می‌دهد.

طبقه‌بندی نرم‌افزارها

با توجه به نرم‌افزارهای معرفی شده، هر کدام برای هدف ویژه‌ای استفاده می‌شوند. برای شبیه‌سازی و آزمایش مدارهای ساده از نرم‌افزار ادیسون می‌توان استفاده کرد. نرم‌افزار Phet مدارها و آزمایش‌های از پیش تعیین شده را دارد، که با اجرای هر یک و تعاملی که این نرم‌افزار فراهم نموده است، می‌توان تغییرات و نتایج را مورد بررسی قرار داد. نرم‌افزار مولتی‌سیم، شبیه‌سازی است که بیشترین کاربرد را در این مقطع برای هنرجویان فراهم می‌کند. محیط این نرم‌افزار مشابه با فضای آزمایشگاه واقعی است، لذا در تفهیم مطالب درسی کارایی بالایی را برای هنرجویان به وجود می‌آورد. نرم‌افزارهای لب‌ویو، پی‌اسپایس و پروتئوس در برنامه‌ریزی آی‌سی‌های میکروکنترلر کاربرد دارد و برای اجرای پروژه‌های عملی و کاربردی، قابل استفاده است. هنگام استفاده از این نرم‌افزارها لازم است کاربر با برنامه‌نویسی، یا استفاده از برنامهٔ آماده نیز، آشنایی داشته باشد.

نرم‌افزارهای تخصصی دیگری متناسب با سطح هنرجویان نیز در رشته الکترونیک وجود دارد که با توجه به نظر هنرآموزان و پروژه تعریف شده، قابل استفاده است.

مقایسه نرم‌افزارها از نظر قابلیت‌های نرم افزاری و سخت‌افزاری

نرم‌افزار Demo و Trial ادیسون، رایگان بوده و تقریباً فضای کمی از حافظه رایانه (در حدود 35 تا 40 مگابایت) را اشغال می‌کند. به دلیل داشتن ویژگی‌های زیر بسیار جذاب است:

1- شبیه‌سازی آزمایشگاه 3 بعدی الکترونیک
2- طراحی مدارهای کاربردی
3- آزمایش و راه‌اندازی مدارهای الکترونیکی
4- داشتن محیطی ساده و جذاب
5- داشتن افکت‌های صوتی جالب
6- داشتن دستگاه‌های اندازه‌گیری و تولیدکننده سیگنال

نرم‌افزار Phet به هنرجویان کمک می‌کند تا بتوانند پدیده‌های علمی که نمی‌توانند ببینند را در محیطی پویا و جذاب و با استفاده از کنترل‌های فیزیکی، مستقیماً مشاهده کنند. نرم‌افزار تعاملی Phet با ارائه بیش از 120 شبیه‌سازی، تدریس و یادگیری دروسی نظیر فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، زمین‌شناسی و ریاضی را بهبود می‌بخشد. این نرم‌افزار محصول دانشگاه کلورادو است و بخش فارسی نیز دارد. برای استفاده از این نرم‌افزار، رایانه شما نیاز به قابلیت‌های ویژه‌ای ندارد. نرم‌افزار رایگان Phet آزمایش‌های علوم پایه را به نحوی جالب و برمبنای آخرین دستاوردهای محققان طراحی و شبیه‌سازی کرده است و بر پایه نرم‌افزارهای فلش و جاوا برنامه‌نویسی و اجرا می‌شود. برای مشاهده آزمایش‌های این نرم‌افزار باید برنامه‌های فلش و جاوا نیز در سیستم رایانه نصب شوند. حجم اجرایی این نرم‌افزار 523 مگابایت است.

در نسخه‌های جدید و پیشرفته نرم‌افزار مولتی‌سیم، علاوه بر قابلیت رسم شماتیک و تحلیل مدارهای الکترونیکی، تهیه نقشه مدارچاپی نیز وجود دارد. برای راه‌اندازی نرم‌افزار مولتی‌سیم، سیستمی با حداقل مشخصات زیر مورد نیاز است که معمولاً در منوی اولیه نرم‌افزار ارائه می‌شود:

جدول 1-7 جدول مقایسه نرم‌افزارها را نشان می‌دهد. محتوای جدول برای آگاهی از قابلیت‌های سیستم برای نصب نرم‌افزارها است و نیازی به حفظ کردن نیست.

نصب نرم‌افزارهای الکترونیکی

در فصل‌های قبل با نصب نرم‌افزارهای ادیسون و مولتی‌سیم آشنا شدید. معمولاً نصب هر نرم‌افزاری مسیری شبیه نرم‌افزارهای مشابه را دارد. با استفاده از جست‌وجو در اینترنت، جزوات و مطالب مربوط به نصب نرم‌افزارها که از سوی برخی سایت‌ها و گروه‌های تخصصی در اینترنت قرار داده شده است، می‌توان نصب نرم‌افزار را بدون اشکال انجام داد. یادآور می‌شود که اگر حجم نرم‌افزار زیاد باشد لازم است از لوح فشرده (CD) اصلی نرم‌افزار که از بازار تهیه کرده‌اید، استفاده کنید. نرم‌افزار پروتئوس برای تحلیل مدارهای آنالوگ و دیجیتال کاربرد دارد. البته قابل ذکر است که در زمینه تحلیل مدارهای الکترونیکی نرم‌افزارهای قوی دیگری مانند Orcad وجود دارد، اما یکی از مزیت‌های پروتئوس نسبت به Orcad امکان تحلیل و شبیه‌سازی میکروکنترلرها، انواع موتورها و انواع نمایشگرها می‌باشد. 

نرم افزارهای قابل استفاده توسط تلفن‌های همراه

نرم‌افزارهایی که بر روی گوشی‌های هوشمند قابل نصب و اجرا هستند، نرم افزارهای تحت اندروید (Android) نامیده می‌شوند و فایل‌های آن پسوند APK دارند.

نرم‌افزار Electric Toolkit

نرم‌افزار Electric Toolkit برای تلفن‌های همراه اندرویدی ساخته شده است، مراحل مختلف سیم‌کشی و کارهای برقی خانگی را به شما یاد می‌دهد. کارهایی مانند نصب کلیدهای برق، انتخاب سیم مناسب برای هر وسیله، کلیدهای برق چندگانه (مانند کلید لوسترها) از مواردی است که در این برنامه کوچک و کاربردی به شما آموزش داده می‌شود. شکل 7-6 صفحهٔ کار نرم‌افزار را نشان می‌دهد.

حجم این نرم‌افزار 3/7 مگابایت است و برای گوشی‌های اندروید با فرمت 2/1 یا بالاتر قابل استفاده است.

نرم‌افزار ElectroDriod

نرم‌افزار ElectroDriod برنامه اندروید ساده و قدرتمند در زمینه اطلاعات و قطعات الکترونیک می‌باشد که بر روی تبلت و گوشی‌های تلفن همراه هوشمند با سیستم عامل اندروید قابل اجرا است. از ویژگی‌های این برنامه وجود کتابخانه‌هایی مانند مشخصات میکروکنترلر avr و pic جستجوی قطعات می‌باشد.

شکل 7-7 صفحه اصلی نرم‌افزار ElectroDriod را نشان می‌دهد.

در شکل 8-7 تعدادی از محیط کار در قسمت‌های مختلف این نرم‌افزار را مشاهده می‌کنید.

نرم‌افزار EveryCircuit 

از سری نرم‌افزارهای شبیه‌سازی الکترونیک برای سیستم عامل اندروید، نرم‌افزار EveryCircuit است. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توانید در تبلت‌ها و گوشی‌های تلفن همراه با سیستم عامل اندروید به راحتی مدارهای مورد نظر خود را طراحی و شبیه‌سازی کنید. با توجه به محبوبیت سیستم عامل اندروید در بین کاربران ایرانی، و قدرت بالا و امکانات جالب این نرم‌افزار، شما می‌توانید به سادگی تمام قطعات مورد نیاز خود را از جمله گیت‌های منطقی، ترانزیستور، ترانزیستور فت (FET)، انواع دیود، تقویت‌کننده عملیاتی (omp amp)، سلف، خازن، مقاومت، منابع جریان و ولتاژ و منبع متناوب را انتخاب کرده و در مدار خود استفاده کنید. از ویژگی بارز این نرم‌افزار وجود اسیلوسکوپ جهت نمایش شکل موج قسمت‌های مختلف مدار در هنگام شبیه‌سازی simulation می‌باشد، به‌طوری که این امکان نیز فراهم هست تا برروی مسیر دلخواه کلیک کرده و شکل موج کامل آن رابر روی اسیلوسکوپ مشاهده و آن را ذخیره کنید.

از دیگر محاسن اسیلوسکوپ در این نرم‌افزار، نمایش 4 شکل موج قسمت‌های مختلف مدار در هنگام شبیه‌سازی به صورت همزمان است. شکل 9-7 صفحه اصلی این نرم‌افزار و نمایش شکل موج و مدار با استفاده از LED را در نرم‌افزار نشان می‌دهد.

برای شروع کار با نرم‌افزار کافی است قطعه مورد نظر را انتخاب و در صفحه میز کار خود ظاهر کنید. با انتخاب پایه هر قطعه می‌توانید آن‌ها را به یکدیگر وصل نمایید. همچنین مانند سایر نرم‌افزارها مقادیر قطعه مورد نظر قابل تغییر است. در مجموع این نرم‌افزار رابط کاربر پسند و ساده‌ای دارد و به راحتی می‌توانید از آن استفاده کنید. بدیهی است، هرچه اندازه نمایشگر دستگاه شما بزرگ‌تر باشد کار کردن با آن نیز آسان‌ترخواهد بود. در پایان کار می‌توانید مدار خود را ذخیره کنید.

نرم‌افزار SMD Decypher

نرم‌افزار SMD Decypher یکی از برنامه‌های اندروید در زمینه الکترونیک برای شناسایی قطعات SMD بر اساس کدهای آن، با قابلیت نمایش پایه‌ها، نوع بسته‌بندی،کارخانه سازنده و جستجوی برگه اطلاعات (Data Sheet) است.

همان‌طور که می‌دانید برای کوچک‌تر شدن حجم‌های الکترونیکی، استفاده از قطعات SMD یا همان نصب سطحی است. در قطعات SMD کدهایی را برروی قطعات می‌نویسند. برای اینکه بدانیم هر قطعه‌ای چه وظیفه‌ای را بر عهده دارد یا پایه‌های آن به چه صورت است باید از کد قطعه استفاده کنیم. با استفاده از نرم‌افزار SMD Decypher به راحتی می‌توانید با وارد کردن کد SMD یا شماره قطعه، مشخصات قطعه مورد نظر مانند، نوع قطعه، کارخانه سازنده و پایه‌های خروجی آن را مشاهده کنید. شکل 10-7 صفحه اصلی این نرم‌افزار را نشان می‌دهد.

در شکل 11-7 محیط کار نرم‌افزار SMD Decypher را مشاهده می‌کنید.

اصطلاحات و علائم در نرم‌افزار مولتی‌سیم

در فصل‌های قبل با نرم‌افزار ادیسون و مولتی‌سیم آشنا شدید و بستن مدارهایی را تجربه کرده‌اید. در این فصل نرم‌افزار مولتی‌سیم و بستن مدار در این نرم‌افزار و اصطلاحات و علائم موجود در آن آموزش داده می‌شود. در هر نرم‌افزاری ابتدا لازم است نوارهای اصلی آن را بشناسید. 

نوار منو (Menu Bar)

مانند همه نرم‌افزارها در نرم‌افزار مولتی‌سیم، نوار منو در قسمت بالای پنجره محیط کار قرار دارد. این نوار امکان تغییر رفتار و شکل برنامه را به کاربر می‌دهد. تمام فرمان‌های اجرایی، توسط کلیدهای میانبر و آیکون‌های نوار ابزارها، در این منو گنجانده شده است.

نوار ابزارها (Tool Bars)

نوار ابزار در اکثر پنجره‌های ویندوز قابل دسترسی می‌باشد و دگمه‌های قرار گرفته بر روی آن امکان دستیابی به عملیات متداول و سریع را فراهم می‌کند. این نوار ابزارها می‌توانند به روش کشیدن و رها کردن (Drag and Drop) به چهار گوشه پنجره نرم‌افزار جابه‌جا شوند. نرم افزار مولتی‌سیم دارای پنج نوار ابزار در محیط اصلی برای ترسیم نقشه فنی مدار است. نوارهای ابزار در نرم‌افزار مولتی‌سیم به ترتیب زیر هستند.

- نوار ابزار استاندارد Standard Toolbar
- نوار ابزار قطعات Component Toolbar
- نوار ابزار قطعات مجازی Virtual Toolbar 
- نوار ابزار امکانات گرافیکی Graphic AnotationToolbar
- نوار ابزار دستگاه‌های اندازه‌گیری Instrument Toolbar

در شکل 12-7 نوارهای ابزار نرم‌افزار مولتی‌سیم را مشاهده می‌کنید.

در این نرم‌افزار نوارهای دیگری نیز وجود دارد که بنا بر ضرورت کار و استفاده می‌توانید آن‌ها را فعال نمایید. در صورتی که هر یک از نوار ابزارهای مولتی‌سیم در محیط کار وجود نداشته باشد، مطابق شکل 13-7 با استفاده از منوی View می‌توانید نوار ابزار مورد نظر را انتخاب نموده و آن را فعال کنید و با ظاهر شدن هر نوار در صفحه به وسیله ماوس آن را به محل دلخواه منتقل نمایید.

در فصل‌های قبل با استفاده از این نرم‌افزار مدارهای متعددی را مورد آزمایش قرار داده‌اید. در این فصل با استفاده از ابزارهای جدید ضمن معرفی ابزارها، چند مدار متنوع و متفاوت را ترسیم و شبیه‌سازی خواهیم کرد.

یک نمونه مدار در نرم‌افزار مولتی‌سیم

مدار شارژ و دشارژ خازن

برای تحلیل یک نمونه مدار شارژ و دشارژ خازن و بررسی منحنی‌های آن از مدار شکل 14-7 استفاده می‌کنیم. در این مدار یک موج مربعی اعمال می‌کنیم و با استفاده از آنالیز حالت گذرا (Transient) منحنی شارژ و دشارژ خازن را به‌دست می‌آوریم.

برای ترسیم مدار منبع پالس مربعی را مطابق شکل 14-7 از نوار ابزار Signal Source Component مربوط به نوار قطعات مجازی و با انتخاب گزینه: Place Clock Voltage Source به محیط کار منتقل نمایید. خازن و مقاومت را نیز از نوار Basic Component بردارید.

در این مدار چون نیاز به مشاهده و استفاده از شماره‌ گره‌های مدار می‌باشد، بنابراین گزینه تنظیمات (Preferences) را از منوی Option انتخاب کنید تا پنجره آن ظاهر شود. در این پنجره با انتخاب سربرگ Circuit وارد صفحه آن شده و گزینه Show Node Name را تیک بزنید تا با کلیک روی OK شماره گر ههای مدار نمایش داده شود. در مرحله بعد برای تنظیم گزینه‌های انالیز Transient منوی: Simulate Analysis گزینه Transient Analysis را انتخاب کنید تا پنجره تنظیمات آن ظاهر شود. برای تنظیم پارامترهای مدار شارژ و دشارژ خازن، ابتدا با انتخاب زبانه Analysis Parameters مقادیر پارامترهای زمان شروع و پایان تحلیل را در کادرهای TSTART و TSTOP به ترتیب برابر صفر و 0/01 ثانیه وارد کنید.

در ادامه روی زبانه OutPut Variables کلیک کنید و در صفحه مربوطه می‌بایست از قسمت: Variables in Circuit شماره گرهی از مدار را که می‌خواهید شکل موج آن رسم شود، را انتخاب نمایید. با توجه به شماره گره‌های مدار، گره شماره 2 را انتخاب نموده و گزینه Add را کلیک کنید، تا به قسمت مقابل یعنی: Selected Variables For Analysis اضافه شود.

با انجام تنظیمات فوق در پایین پنجره Transient Analysis گزینه Simulate را کلیک کنید تا مدار آنالیز شده و پنجره Analysis Graphs ظاهر شود. شکل 15-7 نمایش منحنی شارژ خازن را نشان می‌دهد.

در شکل 16-7 هم زمان منحنی شارژ و دشارژ خازن را در دستگاه Transient Analysis مشاهده می‌کنید.