درسنامه آموزشی ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) کلاس یازدهم الکترونیک

واحد یادگیری 7: ساخت پروژه کاربُردی الکترونیک صنعتی

آیا تا به حال فکر کرده‌اید:

- چه روش‌هایی برای کم یا زیاد کردن روشنایی یک لامپ وجود دارد؟
- چگونه دور موتور جاروبرقی و ماشین لباسشویی تغییر می‌کند؟
- شارژرهای اتوماتیک بر چه اساسی کار می‌کنند؟
- جایگزین کنتاکتورها کدام قطعات الکترونیکی هستند؟
- دمای بالای کوره‌های صنعتی چگونه کنترل می‌شود؟

قطعات الکترونیک صنعتی، معادل کلید عمل می‌کنند. کلیدی که حرکت مکانیکی ندارد، در نتیجه عمر آن‌ها طولانی است. برخی از این قطعات قادر هستند ولتاژهای زیاد تا حدود چند هزار ولت و جریان‌های زیاد تا حدود چند هزار آمپر را با سرعت زیاد قطع و وصل کنند. لذا این قطعات به جای رله‌های الکترومغناطیسی و کنتاکتورها در صنایع کاربرد وسیعی دارند. در این واحد یادگیری، ساختمان داخلی، نمادفنی، نقشه مداری و کاربُرد قطعات متداول الکترونیک صنعتی شرح داده می‌شود. همچنین برخی از مدارهای کاربُردی با این قطعات رابه صورت نرم‌افزاری و سخت‌افزاری آزمایش می‌کنیم. در ادامه چند پروژه کاربُردی با قطعات الکترونیک صنعتی را اجرا می‌کنیم. در تمام مراحل انجام کار، رعایت نکات ایمنی و بهداشتی و شایستگی‌های غیر فنی مانند کار گروهی، رعایت نکات ایمنی دستگاه‌ها، دقت و تمرکز در اجرای کار باید مورد توجه قرار گیرد.

استاندارد عملکرد

راه‌اندازی و عیب‌یابی پروژه کاربُردی الکترونیک صنعتی با رعایت استانداردهای تعریف شده

مواد، ابزار و تجهیزات مورد نیاز

ابزار عمومی برق یا الکترونیک- لوازم‌التحریر- منبع تغذیه- مولتی‌متر- اسیلوسکوپ- سیگنال ژنراتور- رایانه- نرم‌افزار مناسب- وسایل لحیم‌کاری- مواد پاک‌کننده- دریل- مته مناسب- قطعات الکترونیکی مورد نیاز پروژه

معرفی قطعات الکترونیک صنعتی

تریستور (Thyristor) یک کلمه یونانی به مفهوم در است. تریستورها به مجموعه‌ای از عناصر الکترونیکی نیمه هادی گفته می‌شود که در مدارهای کنترل قدرت به‌کار می‌روند و مانند یک کلید الکترونیکی عمل می‌کنند. برخی از این عناصر قادر هستند ولتاژهای زیاد تا حدود هزار ولت و جریان‌های زیاد تا حدود چند صد آمپر را با سرعت زیاد قطع و وصل کنند. این موضوع سبب شده است که تریستورها به جای کنتاکتورها و رله‌های الکترومکانیکی در صنعت به کار برده شوند. این عناصر برای کنترل دور موتورهای الکتریکی، کنترل دمای المان‌های حرارتی پر قدرت، سیستم‌های روشنایی و وسایلی از این نوع در حد گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این فصل به شرح قطعاتی مانند دیود چهار لایه (FLD) یکسوساز کنترل‌شده سیلیکونی SCR ،(SCR) قابل کنترل با نور (LA SCR) ترایاک یا عنصر سه قطبی قابل کنترل با جریان متناوب (TRIAC) دیاک یا دیود جریان متناوب (DIAC) ترانزیستور تک اتصالی (UJT) و ترانزیستور تک اتصالی قابل برنامه‌ریزی (PUT) می‌پردازیم.

دیود چهارلایه Four Layer Diode یا FLD

دیود چهار لایه را اغلب به نام دیود شاکلی (Shockley Diode) یا (Silicon universal Switch) SuS می‌شناسند. این قطعه نوعی تریستور است که با استفاده از چهار لایه نیمه هادی PNPN ساخته می‌شود. دیودهای چهارلایه مانند دیودهای معمولی دارای یک آند و یک کاتد هستند. در شکل الف 1-7 ساختمان کریستالی و در شکل ب 1-7 نماد دیود شاکلی نشان داده شده است.

مدار معادل دیودی FLD

در دیود چهارلایه (FLD) می‌توان هر اتصال PN را معادل یک دیود در نظرگرفت، لذا دیود چهار لایه مطابق شکل 72-7 به سه اتصال PN تقسیم می‌شود. به این ترتیب مدار معادل دیودی FLD با استفاده از سه دیود به‌صورت شکل 3-7 در می‌آید. 

چگونگی بایاس کردن دیود چهارلایه

اتصال ولتاژ به دو سر دیود چهار لایه به دو صورت امکان‌پذیر است.

الف) آند به قطب مثبت و کاتد آن به قطب منفی باتری وصل شود، در این شرایط اصطلاحاً می‌گویند دیود چهار لایه در بایاس موافق قرار دارد، زیرا با توجه به شکل 4-7 دو دیود D1 و D3 در بایاس موافق و تنها دیود D2 در بایاس مخالف قرار می‌گیرد. در این حالت فقط جریان نشتی از دیود عبور می‌کند.

ب) اگر آند به قطب منفی و کاتد به قطب مثبت باتری وصل شود، در این حالت اصطلاحاً می‌گویند دیود چهار لایه در بایاس مخالف قرار دارد، زیرا با توجه به شکل 5-7 در این شرایط، دو دیود D1 و D3 در بایاس مخالف و تنها دیود D2 در بایاس موافق است. در این حالت تنها جریان نشتی از دیود عبور می‌کند.

هدایت در دیود چهارلایه (دیود FLD)

دیود زمانی مانند کلید وصل عمل می‌کند که ولتاژ دو سر آن به ولتاژ شکست موافق $({V_{BRF}} = {\text{Forward Breakover Voltage)}}$ برسد. همچنین برای اینکه FLD در حالت هدایت موافق بماند باید جریان عبوری از آن از جریان نگهدارنده ${\text{(}}{{\text{I}}_H} = {\text{Holding Current)}}$ کمتر نباشد. مقدار ${V_{BRF}}$ و ${{\text{I}}_H}$ را در برگه اطلاعات می‌نویسند. این اطلاعات توسط کارخانة سازنده داده می‌شود. در بایاس مخالف FLD مانند یک کلید باز عمل می‌کند. در شکل 6-7 چند نمونه دیود شاکلی نشان داده شده است. 

یکسوساز کنترل‌شده سیلیکونی (Silicon Controlled Rectifier) SCR

در بین قطعات چهارلایه، یکسوساز کنترل‌شده سیلیکونی یکی از پرمصرف‌ترین قطعات است. از موارد کاربردهای SCR می‌توان مدارهای کنترل رله، تأخیر زمان، منبع تغذیه تثبیت شده، کلید استاتیک و کنترل کننده فاز را نام برد. در سال‌های، SCRهایی طراحی و ساخته شده‌اند که قادرند جریان و توان بسیار بالایی را کنترل کنند.

ساختمان SCR

SCR یک قطعه چهار لایه PNPN شبیه دیود چهارلایه است با این تفاوت که علاوه بر دو پایانه آند و کاتد یک پایانه گیت نیز دارد. درشکل الف و ب 7-7 ساختمان کریستالی و نماد SCR نشان داده شده است. نحوه بسته‌بندی (Typical package) شکل ظاهری چند نمونه SCR را در شکل 8-7 مشاهده می‌کنید. 

مدار معادل (SCR Equivalent Circuit) SCR و عملکرد آن

برای درک بهتر عملکرد SCR لازم است با مدار داخلی آن تا حدودی آشنایی داشته باشید. برای این منظور می‌توان ساختمان کریستالی آن را مطابق شکل الف9-7 برش داد و آن را به دو نیمه جداگانه مانند شکل ب 9-7 تقسیم کرد. 

روشن کردن SCR

برای روشن کردن SCR باید آند آن را نسبت به کاتد در بایاس موافق قرار دهیم و به‌طور هم‌زمان یک سیگنال راه‌انداز به پایه گیت آن متصل کنیم. به منظور تشریح بهتر عملکرد SCR چند حالت مختلف را در قالب کار عملی مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهیم.

روش‌های خاموش کردن SCR

در یک SCR روشن، اگر ولتاژ و جریان تحریک گیت SCR، را قطع کنیم SCR خاموش نمی‌شود و هم چنان در ناحیه هدایت موافق، باقی می‌ماند. زمانی می‌توانیم SCR را خاموش کنیم که جریان آند را به مقداری کمتر از جریان نگهدارنده ${\text{(}}{{\text{I}}_H})$ برسانیم. لذا برای خاموش کردن SCR ابتدا ولتاژ و جریان تحریک گیت را قطع می‌کنیم. سپس با استفاده از یکی از روش‌های زیر SCR را خاموش می‌کنیم.

در زمانی که ${V_G}$ قطع است ولتاژ آند را برای لحظه‌ای به صفر می‌رسانیم. برای این منظور مطابق شکل 15-7 کلیدی را با آند SCR به‌صورت سری می‌بندیم. با باز نمودن کلید، جریان آند را برای لحظه‌ای به صفر می‌رسانیم. در این حالت باید ${V_G}$ قطع باشد.

مطابق شکل 16-7 پس از قطع ولتاژ ${V_G}$ کلید K را بین آند و کاتد SCR به‌صورت موازی قرار می‌دهیم. با وصل کردن کلید، آند SCR به کاتد آن اتصال کوتاه می‌شود و ${{\text{I}}_A}$ را به صفر می‌رساند. با صفر شدن ${{\text{I}}_A}$، SCR خاموش می‌شود.

راه دیگر برای خاموش کردن SCR، ایجاد جریانی بر خلاف جریان اصلی عبوری از SCR است. این جریان سبب می‌شود، جریان آند ${\text{(}}{{\text{I}}_A})$ به مقداری کمتر از جریان نگه دارنده ${\text{(}}{{\text{I}}_H})$ برسد. در شکل 17-7 مدار مربوط به این روش رسم شده است. 

با توجه به شکل 17-7 هنگامی که SCR روشن است کلید SW که معمولاً یک کلید ترانزیستوری است در حالت قطع قرار دارد. در این شرایط خازن C از طریق R تا ولتاژ منبع V+ شارژ می‌شود. با بسته شدن کلید SW واتاژ دوسر خازن C مطابق شکل 17-7 در دوسر SCR قرار می‌گیرد و جریانی بر خلاف جریان اصلی در SCR ایجاد می‌کنند.

کاربردهای SCR 

SCR در مدارهای AC و DC کاربردهای زیادی دارد. در این بخش چند کاربرد مهم آن را معرفی می‌کنیم.

کلید استاتیکی

در شکل 22-7 یک کلید استاتیک سری نیم موج نشان داده شده است. اگر طبق شکل 22-7 کلید SW را ببندیم جریان گیت از طریق ${R_1}$ و دیود ${D_1}$ در نیم سیکل مثبت سیگنال ورودی جاری می‌شود و SCR را روشن می‌کند. مقاومت ${R_1}$ جریان گیت را محدود می‌سازد. وقتی که SCR روشن می‌شود، مانند یک کلید وصل عمل می‌کند و جریان بار که همان جریان عبوری از SCR است افزایش می‌یابد. برای قسمت منفی سیگنال ورودی SCR خاموش خواهد شد. زیرا آند نسبت به کاتد منفی است. دیود ${D_1}$ مانع اعمال ولتاژ منفی به گیت می‌شود. در شکل 23-7 موج‌های ولتاژ و جریان بار نشان داده شده است.

محافظ بار در مقابل اضافه ولتاژ (Load protector):

اکثر مدارهای مجتمع دیجیتالی قادر به تحمل افزایش ولتاژ تغذیه نیستند. برای جلوگیری از خراب شدن این نوع مدارهای مجتمع، که اغلب گران قیمت نیز هستند، می‌توانیم از محافظ SCR استفاده کنیم. در شکل 24-7 یک نمونه مدار محافظ بار با استفاده از مدار مقایسه‌گر و SCR نشان داده شده است. این مدار دارای سرعت عمل نسبتاً بالایی است. در این مدار با استفاده از دیود زنر ${D_1}$ و مقاومت ${R_2}$ ولتاژ مرجع ${V_Z}$ برای ورودی منفی مقایسه‌کننده تأمین می‌شود. 

پتاسیومتر P و مقاومت ${R_1}$ نیز ولتاژ ورودی مثبت مقایسه‌کننده را تأمین می‌کنند. به کمک پتانسیومتر P می‌توان سطح ولتاژ ورودی مثبت مقایسه گر را تغییر داد. اگر ولتاژ ورودی مثبت مقایسه‌کننده از ${V_Z}$ بیشتر باشد، خروجی آن مثبت می‌شود و گیت SCR را تحریک می‌کند. در حالت عادی SCR قطع است. زیرا به‌وسیله پتانسیومتر ولتاژ ورودی مثبت مقایسه‌کننده روی مقداری کمتر از ولتاژ ${V_Z}$ تنظیم شده است. لذا خروجی مقایسه‌کننده نمی‌تواند SCR را به کار اندازد. اگر به هر دلیلی ولتاژ خروجی منبع تغذیه (Vi) افزایش یابد، ولتاژ ورودی مثبت مقایسه‌کننده از ${V_Z}$ بیشتر می‌شود. ولتاژ خروجی تقویت‌کننده عملیاتی (مقایسه‌گر) به حدود ولتاژ تغذیه (ولتاژ اشباع) می‌رسد و SCR هادی می‌شود. با هادی شدن SCR دو سر بار اتصال کوتاه می‌شود و منبع تغذیه را خاموش می‌کند. منابع تغذیه مجهز به محافظ SCR به نوعی محدودکننده جریان نیاز دارند تا در هنگام هدایت SCR جریان به مقدار بیش از حد افزایش نیابد.

مدار دیمر یا تاریک‌کننده (Dimmer)

به مدارهایی که می‌توانند نور لامپ را کنترل کنند، تاریک‌کننده یا دیمر می‌گویند. در شکل 26-7 مدار دیمر نشان داده شده است. در این مدار با تغییر پتانسیومتر R می‌توان لحظه روشن شدن SCR راکنترل کرد. به این ترتیب میزان توان داده شده به لامپ کنترل می‌شود. ولتاژ ورودی مدار، ولتاژ 220 ولت برق شهر است که یک لامپ 60 وات را تغذیه می‌کند.

در نیم‌سیکل منفی موج سینوسی برق شهر SCR، قطع است و جریانی از لامپ عبور نمی‌کند. بنابراین فقط می‌توانیم در نیم‌سیکل مثبت موج سینوسی، جریان لامپ را کنترل کنیم. در نیم‌سیکل مثبت، خازن C از طریق پتانسیومتر R و لامپ ${R_L}$ شارژ می‌شود. وقتی ولتاژ دوسر خازن به 1/4 ولت می‌رسد، دیود ${D_1}$ در ولتاژ موافق قرار می‌گیرد و جریان در مسیر گیت SCR برقرار می‌شود. از این لحظه به بعد SCR به‌صورت کلید بسته عمل کرده و در حالت روشن باقی می‌ماند. 

زمان رسیدن ولتاژ خازن به 1/4 ولت (زاویه بُرش ولتاژ) به مقدار مقاومت پتانسیومتر (R) و ظرفیت خازن (C) بستگی دارد. پس ازگذشت 180 درجه (پایان نیم‌سیکل مثبت)، ولتاژ دوسر SCR ابتدا صفر می‌شود. در شروع نیم‌سیکل منفی، ولتاژ دو سر مدار در جهت عکس افزایش می‌یابد. لازم به یادآوری است که درست در لحظه صفر شدن ولتاژ در نیم پریود مثبت SCR قطع می‌شود، بنابراین در نیم‌پریود منفی SCR خاموش است و جریانی از بار (لامپ 60 واتی) عبور نمی‌کند. در شروع نیم‌سیکل منفی خازن C از طریق دیود ${D_2}$ در جهت عکس شارژ می‌شود. به این ترتیب در نیم‌پریود مثبت می‌توانیم با استفاده از مقاومت R مقدار شارژ خازن را در محدوده وسیعی کنترل کنیم و زاویه برش‌های بزرگ‌تری داشته باشیم. دیود ${D_1}$ مانع اتصال ولتاژ منفی به گیت SCR می‌شود. این مدار می‌تواند جریان عبوری از بار را تقریباً بین صفر تا 180 درجه کنترل کند.

SCR نوری (Light Activated SCR = LASCR)

SCR نوری یک نیمه هادی چهار لایه (تریستور) است که مانند یک SCR معمولی عمل می‌کند، با این تفاوت که توسط نور تحریک می‌شود. در صورتی که SCR نوری به‌طور صحیح بایاس شده باشد و نور کافی به آن بتابد، به حالت روشن می‌رود و جریان را در یک جهت از خود عبور می‌دهد. هدایت LASCR تا زمانی که جریان آن به حدی کمتر از مقدار تعریف شده در برگه اطلاعات برسد، ادامه می‌یابد. درشکل 30-7 نماد LASCR نشان داده شده است.

یک نمونه کاربرد LASCR

شکل 31-7 مدار LASCR را برای راه‌اندازی یک رله نشان می‌دهد. با وصل کلید SW لامپ روشن می‌شود. نور لامپ سبب تحریک LASCR می‌شود و آن را وصل می‌کند. با روشن شدن LASCR جریان ${{\text{I}}_A}$ برقرار می‌شود و جریان مورد نیاز سیم پیچ رله را تأمین می‌کند و سبب تحریک آن می‌شود. با تحریک رله، کنتاکت‌های آن وصل شده و مدار دیگری را به کار می‌اندازد. همان‌طور که مشاهده می‌شود در این مدار، ولتاژ تحریک ورودی، با سایر قسمت‌های مدار ارتباط الکتریکی ندارد.

کلید قابل کنترل سیلیکونی Silicon controlled Switch) SCS)

SCS تریستوری است که چهار پایه دارد. دو پایه SCS را گیت می‌نامند. با تحریک یکی از گیت‌ها می‌توان SCS را وصل یا قطع کرد. نماد این قطعه و نام پایه‌های آن در شکل الف 32-7 نشان داده شده است. در شکل ب 32-7 شکل ظاهری یک نمونه SCS را مشاهده می‌کنید.

چگونگی روشن نمودن SCS

هرگاه به گیت کاتدی $({G_K})SCS$ ولتاژی مثبت نسبت به کاتد آن اعمال کنیم SCS روشن می‌شود. توسط گیت آندی $({G_K})SCS$ نیز می‌توان SCS را روشن کرد. برای این منظور لازم است پالسی منفی به گیت آندی $({G_K})$ بدهیم. شکل 33-7 روشن کردن SCS را با پالس‌های مثبت و منفی نشان می‌دهد.

روش‌های خاموش کردن SCS

SCR را پس از روشن کردن نمی‌توانیم از طریق گیت آن خاموش کنیم ولی امکان خاموش کردن SCS از طریق گیت وجود دارد. خاموش کردن SCS با دو روش به شرح زیر امکان‌پذیر است:

- می‌توان پالس مثبتی را به گیت آندی $({G_A})$ متصل کرد. این پالس SCS را خاموش می‌کند.
- همچنین می‌توان با اعمال پالسی منفی به گیت کاتدی $SCS({G_K})$ را به حالت خاموش بُرد. شکل 34 7 روش‌های خاموش کردن SCS روشن را نشان می‌دهد.
- می‌توان مطابق شکل الف و ب 35 7، از یک ترانزیستور به عنوان کلید، به صورت سری یا موازی با SCS استفاده کرد.

دیاک (Diode Alternating Current) DIAC

دیاک یک قطعه نیمه هادی چهارلایه است که دو پایه دارد. این قطعه در هر دو جهت تحریک می‌شود و حالت روشن به خود می‌گیرد. بزرگ‌ترین مزیت کاربرد دیاک، هدایت آن در هر دو نیم سیکل مثبت و منفی است. در شکل الف 38-7 ساختمان کریستالی و در شکل ب-38-7 نمادهای آن نشان داده شده است. در شکل 39-7 شکل ظاهری دو نمونه دیاک را مشاهده می‌کنید. در دیاک پایه‌ای به نام کاتد وجود ندارد و پایه‌های آن با آند شماره 1 (الکترود 1) و آند شماره 2 (الکترود 2) شناخته می‌شود.

ترایاک (Triode Alternating current) TRIAC

ساختمان کریستالی ترایاک مانند دیاک است با این تفاوت که پایه سومی نیز به نام گیت دارد. نماد ترایاک همراه با نام پایه‌های آن و ساختمان کریستالی ترایاک در شکل الف و ب 42-7 نشان داده شده است. در شکل 43-7 چند نمونه ترایاک را مشاهده می‌کنید.

مدار معادل ترایاک

ترایاک را می‌توانیم معادل دو SCR که به‌طور موازی و در جهت مخالف به هم وصل شده‌اند و گیت‌های آن‌ها نیز مشترک است درنظر بگیریم. شکل 44-7 ترایاک را به صورت معادل دو SCR نشان می‌دهد.

چگونگی تحریک ترایاک

برای راه اندازی ترایاک طبق شکل الف-45-7 باید شرایط زیر حاکم باشد. ولتاژ به گونه ای به مدار اتصال داده شود که پتانسیل ${A_1}$ نسبت به ${A_2}$ مثبت شود و گیت نسبت به ${A_2}$ با پالس مثبت تحریک شود، با برقراری این شرایط ترایاک روشن می‌شود و جریان را در مدار برقرار می‌کند. همچنین می‌توان مطابق شکل ب-45-7 ${A_2}$ را نسبت به ${A_1}$ بایاس مثبت کرد و گیت را نسبت به ${A_1}$ با پالس مثبتی تحریک نمود. در این حالت نیز ترایاک وصل شده و جریان در مدار برقرار می‌شود. بنابراین نتیجه می‌گیریم ترایاک در هر دو جهت هدایت می‌کند.

مدار کنترل فاز (توان) توسط دیاک و ترایاک

در شکل 47-7 مدار کنترل فاز توسط دیاک و ترایاک رسم شده است.

در نیم‌سیکل مثبت، خازن C از طریق مقاومت R شارژ می‌شود. وقتی ولتاژ شارژ خازن به اندازه ولتاژ شکست دیاک رسید، دیاک روشن شده و گیت ترایاک را تحریک می‌کند. با تحریک گیت، ترایاک روشن می‌شود و جریان از بار عبور می‌نماید. در فاصله نیم‌سیکل منفی سیگنال ورودی، خازن در جهت منفی شارژ می‌شود و مانند قبل دیاک را روشن کرده و ترایاک را در مسیر معکوس فعال می‌کند. شکل موج ورودی و شکل موج جریان عبوری از بار ${R_L}$ vh در شکل 47-7 مشاهده می‌کنید. زاویه هدایت SCR با تغییر مقاومت R قابل کنترل است.

ترانزیستور تک اتصالی UJT (Uni Junction Transistor)

ترانزیستور تک اتصالی یا تک پیوندی (UJT) یک قطعه سه پایه است. در شکل ب و الف 51-7 ساختمانی کریستالی و نماد UJT و در شکل 52-7 شکل ظاهری UJT نشان داده شده است. ترمینال‌های UJT را امیتر (E) بیس یک $({B_1})$ و بیس دو $({B_2})$ نام‌گذاری کرده‌اند. 

همان طور که در شکل 51-7 مشاهده می‌کنید، میله ای از کریستال سیلیکونی با ناخالصی کم و مقاومت زیاد، ساختار اصلی UJT را تشکیل می‌دهد. به دوطرف این میله، دو میله آلومینیومی اتصال دارد که پایه‌های بیس یک $({B_1})$ و بیس دو $({B_2})$ را تشکیل می‌دهد. در قسمت وسط یک میله آلومینیومی متصل است که آن را امیتر (E) می‌نامند. به این ترتیب، یک پیوند PN در محل اتصال میله آلومینیومی و میله سیلیکونی نوع N به وجود می‌آید. وجود همین پیوند PN دلیل نام‌گذاری این قطعه به عنوان ترانزیستور تک پیوندی (UJT) است. در شکل 53-7 مدار معادل UJT نشان داده شده است. یک مقاومت ثابت، یک مقاومت متغیر و یک دیود مدار معادل آن را تشکیل می‌دهد. متناسب با مقدار ${I_E}$ مقدار ${R_{B1}}$ و ${R_{B2}}$ (مقاومت بین امیتر (E) و بیس دو $({B_2})$ تغییر می‌کند. مقاومت کل بین دو بیس از مجموع ${R_{B1}}$ و ${R_{B2}}$ به دست می‌آید. مقاومت بین دو بیس را ${\text{(Inter Base Resis tance}}){R_{BB}} = {R_{B2}} + {R_{B1}}$ می‌نامند. مقدار آن از رابطه زیر به دست می‌آید.

بایاس کردن UJT

هرگاه مطابق شکل 54-7 منبع ولتاژ ${V_{BB}}$ را بین دو بیس اتصال دهیم، ولتاژ ${V_{BB}}$ بین دو مقاومت ${R_{B1}}$ و ${R_{B2}}$ تقسیم ولتاژ می‌شود و در دو سر مقاومت ${R_{B1}}$ ولتاژی افت می‌کند که مقدار آن از رابطه زیر به دست می‌آید. 

${{\text{V}}_{PB1}} = \frac{{{V_{BB}} \times {R_{B1}}}}{{{R_{B1}} + {R_{B2}}}} = \frac{{{V_{BB}} \times {R_{B1}}}}{{{R_{BB}}}}$

اگر به شکل 54-7 توجه کنیم، در مسیر امیتر و ${B_1}$ افت ولتاژهای دوسر ${R_{B1}}$ و ولتاژ پتانسیل سد دیود ${\text{(}}{{\text{V}}_{pn}})$ EB وجود دارد. اگر این ولتاژ را با ${V_p}$ نشان دهیم، مقدار ولتاژ مورد نیاز برای هدایت دیود EB از رابطه زیر به دست می‌آید. 

${V_P} = V{R_{B1}} + {V_{PN}}$

${V_p}$ ولتاژ هدایت دیود EB است. این ولتاژ را ولتاژ نقطه اوج نیز می‌نامند. وقتی ولتاژ امیتر بیس یک ${\text{(}}{{\text{V}}_{EB1}})$ به ${V_p}$ می‌رسد، اتصال PN هادی شده و جریان امیتر ${\text{(}}{{\text{I}}_E})$ برقرار می‌شود و هدایت بین امیتر و بیس یک افزایش می‌یابد و مقاومت ${R_{B1}}$ را کاهش می‌دهد.

کاربردهای UJT

از ترانزیستور UJT در نوسان‌سازها، مدارهای تریگر، کنترل‌کننده‌های فاز و مدارهای تایمر استفاده می‌شود، این قسمت یک مورد از کاربردهای مهم UJT را توضیح می‌دهیم.

نوسان‌ساز UJT:

در شکل 56-7 مدار یک نوسان‌ساز با ترانزیستور UJT نشان داده شده است. طرز کار مدار به این شرح است: 

با وصل شدن خط تغذیه V جریان از طریق مقاومت، ${R_1}$ خازن C را به آهستگی شارژ می‌کند. 

با شارژ خازن، ولتاژ امیتر (UJT) ولتاژ دوسر خازن افزایش می‌یابد.

به محض اینکه ${V_E}$ به حدی می‌رسد که بتواند UJT را هادی کند، خازن C از طریق $E{B_1}$ و مقاومت ${R_2}$ به سرعت خالی می‌شود.

این جریان ممکن است ترانزیستور را بسوزاند لذا مقاومت ${R_2}$ جریان ناشی از خالی شدن خازن را محدود می‌کند.

شکل موج پایه‌های $E$ و ${B_1}$ و ${B_2}$ در شکل 57-7 نشان داده شده است. 

مقاومت ${R_2}$ در تغییر فرکانس نقش کمی دارد، لذا به علت کم بودن این نقش، از آن صرف نظر شده است. 

ترانزیستور تک‌قطبی قابل برنامه‌ریزی (Programmable UniJunction Transis tor) PUT

PUT یک ترانزیستورتک قطبی قابل برنامه‌ریزی است. ساختمان داخلی آن از چهارلایه نیمه هادی نوع N و P تشکیل شده است. برخلاف تشابه اسمی که بین UJT و PUT وجود دارد، ساختمان داخلی و شیوه کار آن‌ها کاملاً متفاوت و تا حدودی مشابه دیودهای چهارلایه است. در شکل الف-60-7 ساختمان کریستالی PUT نشان داده شده است. در شکل ب-60-7 نماد (علامت اختصاری) PUT را مشاهده می‌کنید. دو نمونه PUT را در شکل پ-60-7 مشاهده می‌کنید.

همان‌طوری که در شکل الف 60-7 مشاهده می‌شود، این قطعه چهارلایه PNPN و یک گیت دارد که گیت به لایه N میانی متصل است. این قطعه در واقع نوعی SCR از نوع گیت آندی است.

بایاس کردن PUT

نحوه بایاس کردن PUT در شکل 61-7 نشان داده شده است. ولتاژ ${V_{BB}}$ بین دو مقاومت ${R_{B1}}$ و ${R_{B1}}$ تقسیم می‌شود و پتانسیل گیت را نسبت به کاتد همواره مثبت می‌کند. وقتی ولتاژ آند حدود 0/7 ولت بیشتر از پتانسیل گیت شود، اتصال PN موجود بین آند و گیت هادی می‌شود و PUT را روشن می‌کند.

نوسان‌ساز PUT

در شکل 62-7 نوسان‌ساز PUT را مشاهده می‌کنید. با وصل کردن منبع تغذیه، خازن C را از طریق R شروع به شارژ شدن می‌کند. وقتی ولتاژ دوسر خازن به ولتاژ وصل PUT برسد آن را روشن می‌کند. با روشن شدن PUT خازن به سرعت از طریق PUT و ${R_K}$ تخلیه می‌شود. وقتی ولتاژ خازن به یک سطح پایین نزول کرد، PUT بار دیگر خاموش می‌شود و سیکل شارژ دوباره تکرار می‌گردد. شکل موج پایه‌های آند، کاتد و گیت این نوسان‌ساز شبیه نوسان‌ساز UJT است.

پروژه ساخت مدار رله جامد صنعتی

ساختار و مدار داخلی

رله جامد یا Solid State Relay) SSR) مجموعه‌ای از قطعات الکترونیکی است که به جای رله‌های الکترو مکانیکی استفاده می‌شود. با این تفاوت که هیچ قطعه مکانیکی یا متحرکی ندارد. از رله جامد در مدارهای صنعتی برای عمل سوئیچ‌زنی استفاده می‌کنند. با اعمال ولتاژ کم به پایه‌های کنترل رله جامد، می‌توان یک ولتاژ و جریان بالا را از طریق پایه‌های خروجی قطع و وصل کرد. چون رله جامد هیچ قطعه مکانیکی متحرکی ندارد، در آن‌ها خوردگی و فرسودگی مکانیکی ایجاد نمی‌شود. به همین دلیل طول عمر بیشتری در مقایسه با رله‌های الکترومکانیکی دارند. 

همچنین سرعت قطع و وصل در رله‌های جامد بسیار بالاتر از رله‌های الکترومکانیکی بوده و در زمان قطع و وصل، صدا و جرقه الکتریکی ایجاد نمی‌کند. در شکل 65-7 یک نمونه از رله جامد صنعتی را مشاهده می‌کنید.

شرح پروژه

نقشه فنی مدار رله درشکل 66-7 رسم شده است. به ورودی مدار ولتاژ DC اعمال می‌شود و از طریق خروجی می‌توان به مدارهای مورد نظر فرمان داد. اگر به ورودی کنترل سوئیچ یک ولتاژ مستقیم از 5 تا 12 ولت بدهیم، ترایاک موجود در خروجی رله روشن می‌شود. ترایاک می‌تواند ولتاژ متناوب تا حدود 600 ولت با حداکثر جریان 5 آمپر را قطع و وصل کند. از آنجایی که از اپتوکوپلر (Opto Coupler) برای جداسازی بین ورودی و خروجی مدار بخش کلیدزنی، استفاده شده است، این دو بخش هیچ گونه ارتباط الکتریکی با یکدیگر ندارند.

این قطعه از طریق کوپلاژ نوری دستورات ورودی مدار کنترل را به سوئیچ خروجی منتقل می‌کند. در شکل 67-7 چند نمونه از مدارهای مجتمع اپتوکوپلری را مشاهده می‌کنید. با اعمال ولتاژ به ورودی اپتوکوپلر یک دیود نوری در داخل آن روشن می‌شود و نور را به محل پیوند یک قطعه الکترونیکی مانند ترانزیستور می‌تاباند. تابش نور باعث روشن شدن و هدایت ترانزیستور می‌شود. یعنی ورودی و خروجی اپتوکوپلر از نظر الکتریکی از هم جدا هستند و ارتباط آن‌ها توسط پرتو نور انجام می‌گیرد.

شرح مدار داخلی رله جامد:

با اتصال صحیح ولتاژ به ورودی رله دیود $(LED){D_1}$ روشن می‌شود. اگر ولتاژ ورودی با پلاریته معکوس وصل شود، دیود ${D_2}$ مانع آسیب رسیدن به اپتوکوپلر در اثر ولتاژ معکوس می‌شود. مقاومت ${R_2}$ و دیود زنر ${D_3}$ مدار تثبیت‌کننده ولتاژ است. این مدار ولتاژ ورودی 5 الی 12 ولت را به ولتاژ ثابت 3/3 ولت تبدیل می‌کند. در صورتی‌که به ورودی اپتوکوپلر ولتاژی حدود 1/2 ولت با جریان بیشتر از 5 میلی آمپر وصل شود باعث هدایت دیاک داخلی اپتوکوپلر در پایه‌های خروجی (4 و 6) اپتوکوپلر می‌شود. با هدایت دیاک داخل اپتوکوپلر، ولتاژ پایه MT2 ترایاک از طریق مقاومت‌های ${R_4}$ و ${R_5}$ و گیت G ترایاک می‌رسد و آن را روشن می‌کند. مقاومت ${R_6}$ برای جلوگیری از روشن شدن خود به خود ترایاک است. خازن پلی‌استر ${C_1}$ نیز برای از بین بردن و جلوگیری از تأثیر نویز بر روی گیت ترایاک به کار رفته است. ترایاک به عنوان قطعه کلیدزنی اصلی بوده و مانند یک کلید، ترمینال‌های خروجی را به هم وصل می‌کند. می‌توان به جای MOC3021 از اپتوکوپلرهای MOC3022 یا MOC3023 نیز استفاده کرد.

فهرست قطعات مورد نیاز مدار:

قطعات مورد نیاز پروژه در جدول 3-7 آورده شده است.

طرح مدار چاپی و نقشه چیدمان قطعات

طرح نمونه فیبر مدار چاپی در ابعاد 85 میلی‌متر در 40 میلی‌متر در شکل 69-7 آورده شده است. در شکل 70-7 چگونگی چیدمان قطعات بر روی فیبر مدار چاپی را مشاهده کنید.

تست پروژه

بعد از مونتاژ مدار و اتمام لحیم‌کاری، فیبر را توسط اسپری خشک تمیز کنید تا فیبر از هرگونه روغن لحیم پاک شود سپس اقدام به تست مدار کنید. برای تست مدار از ترانسفورماتور 220 ولت به 24 ولت با جریان‌دهی 2 آمپر و یک لامپ 24 ولت استفاده کنید. مطابق شکل 71-7 با استفاده از باتری 9 ولتی و یک کلید، مدار ورودی را فعال کنید. با وصل کردن کلید ${S_1}$ لامپ متصل شده به خروجی رله جامد در خروجی روشن و با قطع کردن کلید لامپ خاموش می‌شود. قطع و وصل کلید را چند بار تکرار کنید تا از عملکرد صحیح مدار اطمینان حاصل نمایید. قرار دادن پروژه در داخل یک جعبه عایق مناسب، می‌تواند ایمنی بیشتری را فراهم کند و باعث بالا رفتن طول عمر آن شود.

واحد یادگیری 8: تنظیم گزارش کار و مستندسازی

آیا تا به حال فکر کرده‌اید؟

- مفهوم تنظیم گزارش کار و مستندسازی چیست و چه کاربردی دارد؟
- چگونه می‌توانیم گزارش کار مرتبط با فعالیت‌های آزمایشگاهی را بنویسیم؟
- چگونه می‌توانیم گزارش کار مرتبط با اجرای پروژه را تنظیم کنیم؟ 
- گزارش کارهای آزمایشگاهی، کارگاهی و پروژه‌ای تا چه مدت اعتبار دارد؟
- ساختار گزارش فعالیت‌های عملی کارگاهی و آزمایشگاهی چه اجزایی دارد؟ 
- مخاطبان و کاربران گزارش کارهای فعالیت‌های عملی چه کسانی هستند؟ 
- یک گزارش کار فعالیت‌های عملی چگونه مستندسازی و به‌روز می‌شود؟ 
- برای تنظیم گزارش کار فعالیت‌های عملی با چه مشکلاتی مواجه می‌شوید؟ 

معمولاً هنگامی که می‌خواهند موضوعی را به ما آموزش دهند، اولین سؤالی که مطرح می‌شود این است که این موضوع چه کاربردی دارد. هنگامی که شما برای تعمیر یک دستگاه مراجعه می‌کنید، اولین سؤالی که می‌پرسید این است که آیا این دستگاه از نظر تعمیرات سابقه‌ای دارد یا خیر؟ در این پرسش، مفهوم داشتن گزارش کار و مستندسازی وجود دارد. یعنی از صاحب دستگاه می‌خواهید اطلاعاتی را در اختیار شما قرار دهد تا بر مبنای آن بتوانید در اجرای مطلوب تعمیرات از آن استفاده کنید. همچنین هنگامی که می‌خواهید در یک کلاس درس برای اولین روز شروع به تدریس کنید، از هنرجویان می‌پرسید تا به حال چه مباحثی را در ارتباط با موضوع تدریس فراگرفته‌اید و از آن‌ها می‌خواهید از پیشینه آموزش خود گزارشی ارائه دهند تا بتوانید بر مبنای آن تدریس را آغاز کنید. این نوع گزارش‌ها می‌تواند به‌صورت شفاهی، کتبی یا اینترنتی باشد. در این واحد یادگیری ابتدا به انواع گزارش‌ها و چارچوب ویژگی‌ها و روش تدوین آن‌ها می‌پردازیم. در ادامه، چگونگی تکمیل جداول و نمودارها را آموزش می‌دهیم. همچنین نحوه تنظیم فرایند پیشرفت کار، مشکلات، چالش‌ها و جمع‌بندی، یکی دیگر از مواردی است که مورد بررسی قرار می‌گیرد. در نهایت مستندسازی را خواهیم آموخت. مانند سایر واحدهای یادگیری، فراگیرنده علاوه بر کسب مهارت در تنظیم و تدوین گزارش کار باید شایستگی‌های غیر فنی مانند رعایت نکات ایمنی و بهداشتی، کارگروهی، مسئولیت‌پذیری، رعایت نظم و ترتیب، و اخلاق حرفه ای را که از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است یاد بگیرد و در تمام مراحل کار باید رعایت کند.

استاندارد عملکرد

تنظیم کلیه مستندات مربوط به اجرای فعالیت‌های عملی و نرم‌افزاری مانند انتخاب چارچوب مناسب، تکمیل جداول، رسم نمودارها، خلاصه گزارش کار و جداول

مواد، ابزار و تجهیزات مورد نیاز

لوازم‌التحریر- رایانه- نمون‌برگ‌های مرتبط- فضای آموزشی و تجهیزات مرتبط با آن

چارچوب تدوین گزارش کار

ضرورت تدوین گزارش کار

یکی از فرایندهای اجرای هر نوع فعالیتی، تنظیم گزارش کار است. همیشه برای افراد این سؤال مطرح است که اصولا گزارش کار چه ساختار و ویژگی‌هایی باید داشته باشد؟ چگونه متناسب با نوع کاری که انجام می‌دهیم گزارش کاری ویژه آن فعالیت را تدوین کنیم؟ از آنجا که در این درس بیشتر به فعالیت‌های کارگاهی، آزمایشگاهی و پروژه‌ای پرداخته‌ایم، باید بتوانیم برای هر موضوع گزارش کار نیز تهیه کنیم. همان‌طور که می‌دانید در کتاب درسی ساخت پروژه (بردهای الکترونیکی دستگاه) تعدادی پروژه کاربردی به اجرا در می‌آید. همچنین برای اجرای مفاهیم مرتبط با پروژه ضرورت دارد تعدادی فعالیت آزمایشگاهی، کارگاهی و نرم‌افزاری نیز اجرا شود. از این‌رو چارچوب ما در این واحد یادگیری، آموزش چگونگی تدوین گزارش کار مطلوب و نزدیک به استاندارد در زمینه‌های مرتبط با موضوع درسی است. از سوی دیگر شما در فرایند اجرای کار، تاکنون گزارش‌هایی را به‌صورت فعالیت مستقل یا در هم تنیده برای برخی از فعالیت‌های مرتبط با پروژه‌ها تهیه کرده‌اید. یادآوری می‌شود که مبحث تنظیم گزارش کار یکی از مباحث مرتبط با شایستگی‌های غیرفنی است که در زندگی روزمره به آن نیاز دارید. مثلاً اگر بخواهید درخواستی برای شروع به کار در یک مرکز دولتی یا خصوصی بدهید، از شما رزومه یا مجموعه سوابق آموزشی و کاری را که داشته‌اید می‌خواهند. در این شرایط شما باید بتوانید آن را در قالب یک گزارش تدوین و ارائه دهید شکل 1-8.

ویژگی‌های پروژه، کار عملی و آزمایش

برای درک چگونگی تنظیم یک گزارش کار لازم است ابتدا شرح وظایف را داشته باشیم. به عبارت دیگر روندنما یا فرایند اجرای کار باید از پیش تعریف شود تا بر مبنای آن بتوانیم گزارش کار مربوطه را تدوین کنیم، شکل 2-8.

تعریف پروژه و فرایند اجرای آن

همان‌طور که اشاره کردیم، این واحد یادگیری تأکید بر گزارش کار پروژه دارد. از این‌رو چارچوب و ملاک را بر تدوین گزارش کار پروژه قرار می‌دهیم. پروژه دارای ویژگی‌هایی است که بر اساس نیاز و ضرورت تعریف می‌شود. تمام پروژه‌ها دارای چارچوب کلی مشترک هستند. در جدول 1-8 چارچوب و ساختار کلی پروژه آمده است.

ویژگی‌های گزارش کار

گزارش کار باید در راستای تعریف موضوع و فرایند اجرایی آن تنظیم شود. یک گزارش کار نباید حاوی مطالب اضافی غیر مفید باشد. از سوی دیگر از نظر محتوا باید جامع و کامل باشد و تمام فرایند اجرایی را پوشش دهد.

تکمیل جداول و نمودارها

در تمام فرایندهای اجرایی فعالیت‌های آزمایشگاهی، کار عملی و پروژه باید جداول و نمودارها به‌طور دقیق تکمیل و راستی آزمایی شود. به عبارت دیگر پس از تکمیل جداول لازم است یک بار دیگر جداول مربوط را بازبینی و اصلاح نمایید و نهایتاً آن را به تأیید مربی یا مسئول مربوطه برسانید. فرایند تکمیل نمودارها و جداول در فصل‌های 1 تا 5 آمده است، شکل 3-8.

تدوین فرایند پیشرفت کار، بررسی مشکلات و جمع بندی

در طی اجرای پروژه لازم است فرایند اجرای کار و پیشرفت آن تنظیم شود. برای اجرای هر پروژه لازم است (Critical Project Management) CPM داشته باشید. CPM به معنی مدیریت پروژه در بحرانی‌ترین و دقیق‌ترین شرایط است. CPM یک برنامه از پیش تعیین شده است که بر اساس آن فرایند اجرای کار پیش‌بینی می‌شود. CPM دارای بازه زمانی روزانه، هفتگی، ماهانه یا سالانه یا ترکیبی از آن‌ها بوده و موارد مرتبط با انجام کار دقیقاً در CPM قید می‌شود، شکل 4-8.

در تدوین فرایند پیشرفت کار لازم است مشکلات به وجود آمده مانند راه‌اندازی نشدن مدار، پیدا نکردن قطعه و مشکلات غیر مترقبه که باعث تأخیر در اجرای کار شده است، با عنوان «نتیجه‌گیری و جمع‌بندی» به‌طور خلاصه ذکر شود.

ثبت اطلاعات به صورت کتبی و رایانه ای

یکی از موارد بسیار مهم در تدوین گزارش کار برای هر فعالیتی، مستندسازی آن است. مستندات باید کامل و قابل دسترسی باشد همچنین باید به گونه‌ای تنظیم شود که امکان ویرایش و تدوین نسخه‌های بعدی در آن مهیا شود. مستندسازی به‌صورت نسخه چاپی یا نسخه دستی تهیه می‌شود. امروزه به دلیل صرفه‌جویی در کاغذ و حفاظت از محیط زیست، نسخه الکترونیکی آن ترجیح داده می‌شود.

چهارگام اساسی برای مستندسازی

گام اول

حتماً خودتان در ارتباط با محصول یا خدماتی که ارائه می‌کنید آموزش ببینید و از جزئیات آن مطلع شوید.

گام دوم

تصمیم بگیریم چه محتوایی را می‌خواهیم در مستندات بگنجانیم. برای این منظور برای دریافت اطلاعات باید از کاربران و حامیان پرسش کنیم و درمورد رقبای خود تحقیق کنیم.

گام سوم

الگوی مناسب و قابل‌قبولی را انتخاب کنیم، این موضوع باعث می‌شود که استفاده کننده‌ها احساس خوبی درارتباط با مستندات داشته باشند.

الگوی انتخابی باید موارد زیر را حتماً داشته باشد:

1- فهرست
2- راهنمای کاربرد به‌صورت گام‌به‌گام
3- استفاده از جملات کوتاه و آسان
4- صفحه‌آرایی خوب و مناسب (درنظر گرفتن فضای سفید)
5- موضوع‌ها در چند بخش و فصل توزیع شود.

گام چهارم

مستندسازی به گونه‌ای تنظیم شود که کاربر پسند باشد. یکی از مواردی که مستندات را کاربر پسند می‌کند این است که در یک نگاه کلی از محتوای کل مستندات اطلاع حاصل کند.

مستندسازی برای چه کسانی مفید است و کاربرد دارد

1- کاربران- با مراجعه به مستندات آسان‌تر می‌توانند از محصول استفاده کنند و قابلیت اعتماد آن‌ها بالا می‌رود.

2- تیم‌های حمایت کننده، تعمیرکنندگان، نصابان و سرویس‌دهندگان با استفاده از مستندات می‌توانند سرویس بهتر و آسان‌تری را ارائه کنند.

3- تولیدکنندگان- وجود مستندات مانع ایجاد کارها و پرسش‌های اضافی از طرف کاربران و حمایت‌کنندگان می‌شود.

ارزشیابی نهایی از پروژه

اجرای هر کار عملی یا اجرای پروژه باید توسط مربی کارگاه مورد ارزشیابی قرار گیرد. ارزشیابی پروژه تلفیقی از اجرای فرایند و محصول نهایی است. ملاک‌های نمره‌دهی متفاوت است. یک نمونه، نمون برگ ارزشیابی را در جدول 4-8 مشاهده می‌کنید.