ترانزیستورها

ترانزیستور به زبان ساده

 

مقدمه

المان های الکتریکی را می توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته ی اول المان هایی هستند که برای انجام وظیفه شان نیازمند منبع توان خارجی نیستند. بدیهی است که این المان ها نمی توانند توان در خروجی را افزایش دهند. دسته ی دوم المان هایی هستند که با استفاده از یک منبع توان خارجی توانایی افزایش توان خروجی را دارند. به این المان ها المان های اکتیو گفته می شود.

ترانزیستور مثال خوبی برای المان های اکتیو است.ترانزیستور المانی است که توانایی تقویت سگنال ورودی اش  را دارد. دقت کنید که افزایش سطح ولتاژ به تنهایی به معنی تقویت سیگنال نیست. ترانسفورمر های افزاینده هم توانایی افزایش سطح ولتاژ را دارند ولی توان خروجی آن ها برابر با توان ورودی آن ها است. افزایش توان پارامتر بسیار مهمی برای مخترعین ترانزیستور بود. آن ها برای این که خودشان را قانع کنند که المان قابل استفاده ای را اختراع کرده اند، در اولین کاربرد عملی، سیگنال صدا را برای پخش از بلندگو تقویت کردند.

ترانزیستور قطعه ای مهم برای همه ی مدارات الکترونیکی است.از ساده ترین مدارات الکترونیکی تا مدار پیچیده ای مانند اسیلاتور ها و مدارات فشرده ی دیجیتال(مانند پردازنده های کامپیوترها) همگی از ترانزیستورها به عنوان المان کلیدی شان استفاده می کنند. مدارات مجتمع که امروزه به طرز گسترده ای جایگزین مدارات غیر مجتمع شده اند، معمولاً آرایه ای از ترانزیستورها هستند که روی یک چیپ پیاده شده اند.

انواع ترانزیستورها

۱- ترانزیستورهای پیوند دوقطبی: این ترازیستورها اولین نترانزیستورهایی بودند که توسط مخترعین آزمایشگاه های بل اختراع شدند. مخترعین این قطعه برای این کارشان در سال۱۹۵۶ جایزه ی نوبل فیزیک را کسب کردند.

۲- ترانزیستورهای اثر میدانی: طرح اولیه ی این ترانزیستورها قبل از ترانزیستورهای پیوند دوقطبی در سال ۱۹۲۶ ارائه شد. ولی پیاده سازی آن ها بعد ها در سال ۱۹۵۹ عملی شد. امروزه این ترانزیستورها در مدارهای دیجیتال به طور گسترده ای جایگزین ترانزیستورهای دو قطبی شده اند.

ترانزیستورهای پیوند دوقطبی دقت بالاتری دارند و نویزپذیری آن ها در مقایسه با ترانزیستورهای اثر میدانی بسیار کمتر است ولی از طرف دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی مقاومت خروجی بالاتری دارند و توان کمتری مصرف می کنند و به علاوه توانایی سوییچ کردن جریان های بالاتری را هم دارند.

کارمان را با ترانزیستورهای اثر میدانی شروع می کنیم.در ادامه مطالبی در مورد ترانزیستورهای اثر میدانی آورده خواهد شد.

ساختار ترانزیستور

در اینجا قصد کالبد شکافی ترانزیستور و تحلیل عملکرد آن در سطح فیزیک حالت جامد را نداریم. در عوض قصد داریم با ارائه ی مفاهیم لازم و ضروری از نحوه ی عملکرد ترانزیستور، تحلیل و طراحی مدار را با استفاده از آن را برای خواننده آسان تر کنیم. ارائه ی مدل هیبرید پای که در درس های دانشگاهی مرسوم است ما را از فهم عملکرد ترانزیستور در مدارهای کاربردی رایج دور می کند. به همین خاطر قصد داریم مدلی را از ترانزیستور ارائه کنیم که تا حد لازم گویای عملکرد آن باشد.

ترانزیستورهای دوقطبی از دو پیوند PN تشکیل شده اند. در شکل زیر ساختار یک ترانزیستور دوقطبی به همراه  مولفه های جریان در این ترانزیستور آورده شده اند.

از ارائه ی توضیحات بیشتر در مورد فیزیک ترانزیستور خودداری می کنم و مطمئن هستم که در این مورد به منابع متعددی می توانید مراجعه کنید!

اولین مدل ترانزیستور: مدل تقویت کننده ی جریان

ترانزیستورهای پیوند دوقطبی در دو نوع NPN و PNP ساخته می شوند. در شکل زیر نمادهای مداری این دو نوع ترانزیستور آورده شده است.

همانطور که مشاهده می شود، ترانزیستور سه  پایه دارد که به ترتیب C یا کالکتور، B یا بیس و E یا امیتر نام دارند.

در مدل تقویت کنندگی جریان فرض می کنیم قواعد زیر بر یک ترانزیستور NPN برقرار است.

• قاعده ی جهت(Polarity) : ولتاژ C باید مثبت تر از ولتاژ E باشد.
• قاعده ی پیوندها(Junctions) : در عمل اتصال BC و BE یک پیوند نیمه هادی PN هستند. اگر این دو پیوند را مانند دو دیود در نظر بگیریم، دیود BE باید بایاس مستقیم(ولتاژ بیس از امیتر بیشتر باشد) و دیود BC باید بایاس معکوس(ولتاژ بیس از کالکتور کمتر باشد) باشد. ولی توجه داشنته باشید که در عمل و در طراحی و تحلیل مدار ا اثر دیودی پیوند BC صرفنظر می شود.
• قاعده ی ماکزیمم مقادیر(Maximum Ratings): در هر ترانزیستوری مقادیر بیشینه ای برای بعضی از پارامترها تعیین می شود که فراتر رفتن از آن ها منجر به آسیب دیدن ترانزیستور یا عملکرد نادرست آن می شود. توان مصرفی، دمای کاری، جریان کالکتور، جریان بیس، ولتاژ میان کالکتور و امیتر و ولتاژ میان بیس و امیتر از جمله پارامتر های مهم هر ترانزیستور هستند که بیشینه ی مشخصی دارند. برای فراتر رفتن بیشینه ی این پارامترها باید پول بیشتری خرج کنیم.
• قاعده ی تقویت(Amplification) : اگر قواعد ۱ تا ۳ برقرار باشند ترانزیستور خاصیت تقویت کنندگی جریان خواهد داشت. رابطه ی تقویت کنندگی جریان به شرح زیر است:

Ic = h_FE*I_b = β*I_b

که در آن I_c جریان وارد شونده به کالکتور و I_b جریان وارد شونده به بیس است. به h_FE  بهره ی جریان گفته می شود و مقدار آن بین ۵۰ تا ۲۵۰ است و بسته به پارامترهای فیزیکی ترانزیستور دارد.

معادله ی فوق خاصیت تقویت کنندگی را به ما نشان می دهد: اگر جریان کمی از بیس بگذرد، جریان بسیار بالاتری از کالکتور به امیتر جاری خواهد شد. درست است که ترانزیستور به صورت ذاتی می تواند جریان خروجی را چند صد برابر کند ولی نباید روی β آن حساب باز کنیم. زیرا β یک ترانزیستور مشخص به شدت وابسته به دما، جریان کالکتور(I_c)، ولتاژ میان کالکتور و امیتر(V_CE) و پروسه ی ساخت ترانزیستور است. برای یک ترانزیستور مشخص β می تواند تحت شرایط مختلف در بازه ی وسیعی( از ۵۰ تا ۲۵۰) تغییر کند که طراحی بر پایه ی آن منجر به عملکرد نا مطمئن مدار در شرایط مختلف می شود.

نکته ی مهم دیگری که باید به آن توجه شود این است که با توجه به قاعده ی ماکزیمم مقادیر نمی توان هر ولتاژ دلخواهی به بیس ترانزیستور اعمال کرد. زیرا ممکن است جریان زیادی از بیس به امیتر عبور کند و ترانزیستور آسیب ببیند.

قوانین ذکر شده با پلاریته ی معکوس برای ترانزیستور PNP هم برقرار خواهد بود:

• قاعده ی جهت(Polarity) : ولتاژ C باید منفی تر از ولتاژ E باشد.
• قاعده ی پیوندها(Junctions) : در عمل اتصال BC و BE یک پیوند نیمه هادی PN هستند. اگر این دو پیوند را مانند دو دیود در نظر بگیریم، دیود BE باید بایاس مستقیم(ولتاژ بیس از امیتر کمتر باشد) و دیود BC باید بایاس معکوس(ولتاژ بیس از کالکتور بیشتر باشد) باشد.
• قاعده ی ماکزیمم مقادیر(Maximum Ratings): در هر ترانزیستوری مقادیر بیشینه ای برای بعضی از پارامترها تعیین می شود که فراتر رفتن از آن ها منجر به آسیب دیدن ترانزیستور یا عملکرد نادرست آن می شود.
• قاعده ی تقویت(Amplification) : اگر قواعد ۱ تا ۳ برقرار باشند ترانزیستور خاصیت تقویت کنندگی جریان خواهد داشت.

یک مدار ابتدایی ترانزیستوری

• کلید ترانزیستوری: مدار روبرو یک مدار ساده ی ترانزیستوری را نشان می دهد. در این مدار جریان بسیار کمی به بیس اعمال می شود که منجر به عبور جریان بسیار زیادتری از کالکتور می شود. در واقع با تحریک بیس مسیر جریان برای عبور از کالکتور باز می شود. به این مدار اصطلاحاً کلید ترانزیستوری گفته می شود.

حال مدار فوق را بیشتر مورد تحلیل قرار می دهیم. اگر کلید باز باشد، جریانی از بیس ترانزیستور عبور نمی کند. پس جریانی هم از کالکتور عبور نمی کند و ترانزیستور خاموش می ماند. به محض اتصال کلید دیود BE بایاس مستقیم می شود و ولتاژ بیس به ۰٫۶ ولت خواهد رسید. به این ترتیب ولتاژ دو سر مقاومت ۹٫۴ ولت خواهد شد و جریان ۹٫۴ میلی آمپر از مقاومت عبور خواهد کرد

به این ترتیب با توجه به قاعده ی تقویت انتظار خواهیم داشت.حدود ۱۰۰ برابر این مقدار جریان از کالکتور عبور کند.ولی این اتفاق نمی افتد، زیرا کافی است تنها ۱۰۰ میلی آمپر جریان از لامپ عبور کند تا ولتاژ دو سر آن به ۱۰ ولت برسد. در این صورت ولتاژ میان کالکتور و امیتر به صفر می رسد. در صورت فراتر رفتن جریان از این مقدار قاعده ی جهت نقض می شود. لذا ترانزیستور نخواهد توانست جریانش را فراتر از ۱۰۰ میلی آمپر ببرد. در این حالت اصطلاحاً گفته می شود که ترانزیستور اشباع شده است. در حالت اشباع با افزایش جریان بیس، جریان عبوری از کالکتور افزایش نمی یابد.

نکات طراحی مدار

• اگر به مقادیر مدار فوق دقت کنید جریان ۱ میلی آمپر برای بیس کافی بود تا جریان لازم برای لامپ تامین شود ولی در این مدار جریان ۹٫۴ میلی آمپر به بیس تزریق می شود. در این طراحی از روش محافظه کارانه تری استفاده شده: در صورتی که بار بخواهد جریان بیشتری از منبع بکشد تا به ولتاژ نامی برسد امکان آن وجود خواهد داشت. در مورد لامپ ها مقاومت آن ها در حالت سردشان کمتر است و لذا قبل از گرم شدن حدود ۵ تا ۱۰ برابر بیشتر جریان مصرف می کنند. لذا با انتخاب جریان بیشتر از مقدار نامی برای بیس امکان راه اندازی بار با جریان های بالاتر را هم فراهم کرده ایم. البته در حالت کلی به علت وابسته بودن بهره ی جریان ترانزیستور به ولتاژ میان کالکتور و امیتر بهتر است جریان زیادتری به بیس ترانزیستور تزریق شود.
• در عمل بیس ترانزیستور را با یک مقاومت با مقدار بالا به زمین وصل می کنند. این کار در حالت روشن تاثیری روی ترانزیستور ندارد و در حالت خاموش نیز خاموش ماندن ترانزیستور در اثر نویزهای محیطی را تضمین می کند.
• اگر محل اتصال بار و کلکتور ممکن است ولتاژ منفی بگیرد، از یک دیود سری با بار یا یک دیود با اتصال معکوس به زمین استفاده کنید تا دیود BC از حالت بایاس معکوس خارج نشود. این اتفاق در سوییچ کردن ولتاژهای متناوب یا در بار های سلفی می افتد.
• در بارهای سلفی ترانزیستور را با استفاده از یک دیود موازی به بار محافظت کنید. بدون حضور دیود در حالتی که کلید باز می شود، با توجه به رابطه ی ولتاژ جریان سلف، ولتاژ بسیار زیادی دو سر سلف القا می شود و ولتاژ کالکتور بسیار بالا می رود که در این صورت حتی احتمال خرابی ترانزیستور هم وجود خواهد داشت.

ولی باید خودمان را با ترانزیستور و همه ی پیچیدگی هایش اذیت کنیم، در حالی که می توانیم کلید را مستقیم به لامپ وصل کنیم؟

• ترانزیستور کلیدی است که با ورودی الکتریکی فعال می شود. یعنی مدار الکترونیکی دیگری می تواند آن را روشن یا خاموش کند.
• کلید های ترانزیستوری امکان سوییچینگ با سرعت های بسیار بالا را فراهم می آورند.
• اگر از ترانزیستور استفاده کنیم، می توانیم چند مدار را به صورت همزمان خاموش یا روشن کنیم.
• در کلیدهای مکانیکی مشکل Bouncing وجود دارد که باعث می شود در لحظه ی اتصال کلید، کلید چند بار قطع و وصل شود.

مثال هایی از مدارات سوییچینگ ترانزیستوری

مدار درایو LED

LED ها به طور گسترده ای جایگزین لامپ های رشته ای قدیمی شده اند. در گذشته برای مانیتورینگ سیگنال ها از لامپ های رشته ای کوچک استفاده می شد ولی امروزه LED ها به طور کامل جای آن ها را گرفته اند. علت فراگیر شدن آن ها قیمت مناسب، تنوع رنگ و عمر بسیار بالای آن ها است. این دیودها از نظر الکتریکی مشابه دیودهای یکسوساز هستند با این تفاوت که افت ولتاژ در دو سر آن ها بیشتر(حدود ۱٫۵ تا ۳٫۵ ولت) است. این به این معنی است که وقتی به تدریج ولتاژ دو سر آن ها را افزایش می دهیم، تا حدود ۱٫۵ ولت جریانی از آن ها عبور نمی کند، ولی پس از آن با افازیش ولتاژ جریان عبوری از آن ها به شدت افزایش می یابد. در LED ها جریان هایی حدود ۱۰ تا ۲۰ میلی آمپر نور خیره کننده ای تولید می کنند.

برای درایو LED راه حل های مختلفی وجود دارد. یک راه ساده ی آن استفاده از ترانزیستور است. اگر از همان مداری که برای لامپ استفاده کردیم برای LED نیز استفاده کنیم، LED دود خواهد کرد.

فرض کنید می خواهیم یک سیگنال دیجیتال ۳٫۳ ولتی را نمایش دهیم، به این معنی که اگر آن سیگنال فعال باشد، LED روشن شود و در غیر اینصورت LED خاموش بماند. در برخی موارد از سیگنال های دیجیتال نمی توان به صورت مستقیم جریان کشید. فرض کنید حداکثر جریانی که سیگنال می تواند تامین کند ۱ میلی آمپر باشد. این جریان برای روشن کردن LED با نور کافی بسیار کم است.

پروسه ی طراحی مدار مورد نظر بسیار ساده است. ابتدا یک LED پیدا کنید که در جریان مشخصی(فرض کنید ۵ میلی آمپر) روشنایی قابل قبولی داشته باشد. جریان آن را با استفاده از یک ترانزیستور NPN سوییچ کنید. برای مقدار مقاومت کالکتور هم مقداری انتخاب کنید که با احتساب افت ولتاژ در دیود جریان کافی از کالکتور عبور کند. مقاومت بیس را هم محتاطانه انتخاب کنید(مثلاً برای ۲۵ = β ) تا از عملکرد ترانزیستور در حالت اشباع مطمئن شوید.

تغییر یافته ی مدار درایور LED

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، یک سمت بار به تغذیه وصل است و طرف دیگر به زمین وصل می شود. ولی اگر این محدودیت را داشته باشیم که یک سر  بار حتماً به زمین وصل شود، و سر دیگر به ولتاژ مثبت سوییچ شود از چه راه حلی باید استفاده کنیم؟

جواب این است که کافیست به سادگی به جای ترانزیستور NPN از PNP استفاده کنیم! در این حالت امیتر ترانزیستور باید به تغذیه ی مثبت و کالکتور آن باید به سر بار وصل شود. این آرایش در شکل زیر قابل مشاهده است.

در مدار فوق اگر ولتاژ بیس مثبت باشد(در اینجا ۱۵ ولت) ترانزیستور در حالت قطع است و جریانی از آن عبور نخواهد کرد. کافی است ولتاژ بیس به زمین وصل شود تا ترانزیستور وارد ناحیه ی اشباع شود و جریان از آن عبور کند. با فرض زمین شدن بیس، جریانی حدود ۴ میلی آمپر از بیس خارج خواهد شد.که با فرض β > 50 خواهد توانست بارهایی تا ۴۰۰ میلی آمپر را به راحتی درایو کند. اشکال روش به کار رفته شده در مدار بالا این است که باید ولتاژ بیس را روی ۱۵ ولت نگه داریم تا کلید خاموش بماند. ما ترجیح می دهیم تا  با ولتاژ ۳ ولتی که ولتاژ رایج برای مدارهای دیجیتالی است کلید را روشن و با ولتاژ صفر ولت آن را خاموش کنیم.  مدار لازم برای این کار در شکل زیر آورده شده است.

در این مدار Q2 ولتاژ ۰ یا ۳ ولتی را می گیرد و می تواند کالکتورش را به زمن قطع یا وصل کند. اگر Q2 خاموش باشد، R3 ترانزیستور Q3 را خاموش نگه می دارد. با روشن شدن ترانزیستور Q2 در حالت اشباع، R2 امکان سینک شدن جریان بیس Q3 را فراهم خواهد کرد.

 

ترانزیستور و انواع آن

ترانزیستورها یک قطعه نیمه رسانای سه پایه هستند که برای تنظیم جریان یا برای تقویت سیگنال ورودی به یک سیگنال خروجی بزرگتر مورد استفاده قرار میگیرند. ترانزیستورها نیز برای تغییر سیگنال های الکترونیکی استفاده می شوند.جریان الکتریکی در تمام انواع ترانزیستورها با افزودن الکترون تنظیم می شود.این فرآیند, تغییرات در ولتاژ را ایجاد می کند تا تغییرات نسبتا بزرگتری در جریان خروجی ایجاد کند و باعث تقویت گردد.

تقریبا هر دستگاه الکترونیکی شامل حداقل یک یا چند نوع ترانزیستور است.آنها به عنوان تقویت کننده ها و ابزارهای سوئیچینگ استفاده می شوند.به عنوان تقویت کننده، آنها در مراحل فرکانس بالا و پایین، نوسانگرها، مدولاتورها، آشکارسازها استفاده می شوند.در مدارهای دیجیتال آنها به عنوان سوئیچ ها استفاده می شوند.

انواع ترانزیستور:
انواع مختلفی از ترانزیستورها وجود دارد و هر کدام از آنها ویژگی های مختلفی دارند و هر یک دارای مزایا و معایب خاص خود است.در زیر لیستی از انواع ترانزیستورها را نشان می دهیم؛و به شرح ویژگی هایی که هر کدام از آنها  ایجاد می کند، می پردازیم.

ترانزیستورهای اتصال دو قطبی (Bipolar Junction Transistors ):

ترانزیستورهای اتصال دو قطبی ترانزیستورهایی هستند که از ۳ ناحیه، بیس، کلکتور و امیتر ساخته شده اند.ترانزیستورهای دو قطبی، بر خلاف ترانزیستورهای FET، ابزارهای کنترل جریان هستند.جریان کوچکی که به بیس ترانزیستور وارد می شود باعث عبورجریان بسیار زیادی از امیتر به ناحیه کلکتور می شود.

ترانزیستورهای پیوند دوطرفه در دو نوع اصلی، NPN و PNP قرار می گیرند.ترانزیستور NPN ,  اکثر حامل های آن الکترون ها هستند.ترانزیستورهای PNP مخالف هستند.در ترانزیستورهای PNP، اکثر حامل های آن حفره ها هستند.به طور کلی، ترانزیستوردو قطبی تنها نوع ترانزیستور است که توسط ورودی جریان (ورودی به بیس) روشن می شود.این به این علت است که BJT ها کمترین امپدانس ورودی در تمام ترانزیستورها را دارند.امپدانس کم (یا مقاومت) اجازه می دهد جریان از طریق بیس ترانزیستور جاری شود.به خاطر این امپدانس کم، BJT ها دارای بیشترین خاصیت تقویت کنندگی در بین ترانزیستورها هستند.

ترانزیستور اثر میدان:

ترانزیستورهای میدان مغناطیسی ترانزیستورها هستند که از ۳ ناحیه تشکیل شده است،گیت، سورس و درین.بر خلاف ترانزیستورهای دوقطبی، FET ها ابزارهای کنترل ولتاژ هستند.ولتاژ قرار داده شده در گیت جریان عبوری را از سورس به درین ترانزیستور کنترل می کند.ترانزیستورهای Field Effect دارای امپدانس ورودی بسیار بالا هستند، از چند مگااهم (MΩ)  تا مقاومت های بسیار بزرگتر.این امپدانس ورودی بالا باعث می شود تاجریان بسیار کمی از آن عبور کنند.(با توجه به قانون اهم، جریان به طور معکوس تحت تاثیر امپدانس مدار قرار دارد. اگر مقاومت امپدانس بالا باشد، جریان بسیار کم است). بنابراین FET ها جریان را از منبع قدرت مدار می گیرند.بنابراین، این ایده آل است زیرا آنها عناصر قدرت مدار را که به آنها متصل هستند را، مختل نمی کنند.

ترانزیستورهای Field Effect در ۲ نوع اصلی قرار می گیرند: JFET ها و MOSFET ها.JFET ها و MOSFET ها بسیار شبیه هستند اما MOSFET ها دارای امپدانس ورودی بالاتر از JFET ها هستند.این باعث می شود که بارگیری کمتری در یک مدار اتفاق بیوفتد.

 

انواع ترانزیستورها به تفکیک عملکرد:

• ترانزیستورهای سیگنال کوچک:

ترانزیستورهای سیگنال کوچک ترانزیستورهایی هستند که در درجه اول برای تقویت سیگنال های سطح پایین استفاده می شوند، اما همچنین می توانند به خوبی به عنوان سوئیچ ها عمل کنند.

ترانزیستورها با مقادیر hFE می آیند، که نشان می دهد که چقدر ترانزیستور می تواند سیگنال های ورودی را تقویت کند.مقادیر hFE معمولی برای ترانزیستورهای سیگنال کوچک از ۱۰ تا ۵۰۰، با حداکثر Ic (جریان کلکتور) از حدود ۸۰ تا ۶۰۰mA است.آنها به شکل NPN و PNP می آیند.حداکثر فرکانس های عملیاتی حدود ۱ تا ۳۰۰ مگاهرتز است.

به عنوان یک یادداشت، ترانزیستور سیگنال کوچک در ابتدا برای تقویت سیگنال های کوچک مانند ولتاژ کم و تنها با استفاده ازجریان چند میلی آمپر استفاده می شود. هنگام استفاده از ولتاژ و جریان بیشتر (قدرت بزرگتر)، ترانزیستور برق باید استفاده شود.

• ترانزیستور سوئیچ کوچک(Small Switching Transistors )

این ترانزیستورها عمدتا به عنوان سوئیچ ها استفاده می شوند اما همچنین می توانند به عنوان تقویت کننده مورد استفاده قرار گیرند.مقادیر hFE معمولی برای این ترانزیستورهااز ۱۰ تا ۲۰۰، با حداکثر مقدار Ic از حدود ۱۰ تا ۱۰۰۰mA است.آنها به شکل NPN و PNP می آیند.

از لحاظ طراحی، این ترانزیستورها به طور عمده به عنوان سوئیچ استفاده می شود.اگر چه آنها می توانند به عنوان تقویت کننده استفاده شوند، مقدار hFE آنها تنها به حدود ۲۰۰ محدوده می شود، به این معنی که آنها قادر به تقویت ترانزیستور های سیگنال کوچک نیستند. این باعث می شود که این ترانزیستورها برای switching مفید باشند.، هر چند آنها می توانند به عنوان تقویت کننده های اصلی برای به دست آوردن gain استفاده شوند.

• ترانزیستورهای قدرت:

ترانزیستورهای قدرت برای کاربردهایی که در آن مقدار زیادی از برق مورد استفاده قرار می گیرد مناسب است.کلکتور ترانزیستور به یک پایه فلزی متصل است که به عنوان یک حفره گرما عمل می کند تا قدرت بیش از حد را از بین ببرد.رنج های معمولی قدرت از حدود ۱۰ تا ۳۰۰ وات، با نرخ فرکانس از حدود ۱ تا ۱۰۰ مگاهرتز است.حداکثر مقدار Ic در محدوده بین ۱ تا ۱۰۰ است. ترانزیستورهای قدرت در فرم های NPN، PNP و Darlington (NPN یا PNP) قرار می گیرند.

• ترانزیستورهای فرکانس بالا:

ترانزیستورهای فرکانس بالا (RF) ترانزیستورهایی هستند که برای سیگنال های کوچک استفاده می شوند که در فرکانس های بالا برای برنامه های سوئیچینگ با سرعت بالا اجرا می شوند.اینها ترانزیستورهایی هستند که برای سیگنال های فرکانس بالا استفاده می شوند و باید قادر به روشن و خاموش شدن با سرعت بسیار بالا باشند.ترانزیستورهای با فرکانس بالا در HF، VHF، UHF، CATV، و تقویت کننده MATV و برنامه های نوسان ساز استفاده می شود.آنها دارای حداکثر رتبه فرکانس در حدود ۲۰۰۰ مگاهرتز و حداکثر جریان Ic از ۱۰ تا ۶۰۰mA است.آنها در هر دو شکل npn و pnp در دسترس هستند.

• فوتوترانزیستور:

فوتو ترانزیستورها, ترانزیستورهای حساس به نور هستند.یک نوع معمولی فوتو ترانزیستور, شبیه یک ترانزیستور دو قطبی است و سرب بیس آن برداشته شده و با یک ناحیه حساس به نور جایگزین شده است.به همین دلیل یک فوتو ترانزیستور  فقط ۲ پایه به جای ۳ پایه دارد. وقتی این سطح در تاریکی نگه داشته شود، دستگاه خاموش است.تقریبا هیچ جریانی از کلکتور به امیتر نمی رود.با این حال، هنگامی که منطقه حساس به نور در معرض نور قرار می گیرد، یک جریان بیس کوچک تولید می شود که جریان بسیار زیادی را از کلکتور به امیتر کنترل می کند.

مثل ترانزیستورهای عادی، فوتو ترانزیستورها می توانندبه عنوان هر دو ترانزیستور دو قطبی یا میدان عمل باشند.

 

• ترانزیستور یکپارچه(Unijunction Transistors )
  

ترانزیستورهای یکپارچه ترانزیستور های ۳پایه هستند که به طور انحصاری به عنوان سوئیچ های الکتریکی کنترل می شوند؛آنها به عنوان تقویت کننده استفاده نمی شوند. سه پایه ترانزیستور  B1، B2 و یک امیتر سربی است که سرب جریان ورودی را دریافت می کند.عملیات UJT نسبتا ساده است.هنگامی که اختلاف پتانسیلی (ولتاژ) بین امیتر و هر یک از پایه های اصلی آن وجود ندارد (B1 یا B2)، تنها یک جریان کوچک از B2 به B1 جریان می یابد.

نمادهای ترانزیستورها:

 

Transistor symbols: a – bipolar, b – FET, c – MOSFET, d – dual gate MOSFET,
e – inductive channel MOSFET, f – single connection transistor

حرف اول در ترانزیستورها:

ساختمان ترانزیستورها معمولا سیلیکون هستند (حرف B) یا ژرمانیوم (علامت گذاری آنها دارای حرف A است).ترانزیستور اصلی از ژرمانیوم ساخته شده، اما بسیار حساس به دما بود.ترانزیستورهای سیلیکون بسیار مقاوم در برابر دما و بسیار ارزان تر برای تولید است.

حرف دوم در ترانزیستورها:

C – low and medium power LF transistor
D – high power LF transisto
F – low power HF transistor
G – other transistors
L – high power HF transistors
P – photo transistor
S – switch transistor
U – high voltage transistor

چند مثال:

AC540 – germanium core, LF, low power
AF125 – germanium core, HF, low power
BC107 – silicon, LF, low power (0.3W)
BD675 – silicon, LF, high power (40W)
BF199 – silicon, HF (to 550 MHz)
BU208 – silicon (for voltages up to 700V)
BSY54 – silicon, switching transistor

حرف سوم (R و Q – ترانزیستورهای مایکروویو یا X –ترانزیستور سوئیچ ) میباشد.شماره پس از این حروف برای کاربران اهمیتی ندارد.

تولید کنندگان ترانزیستور آمریکایی علامت های مختلف دارند، با پیشوند ۲N و عدد (۲N3055، به عنوان مثال).این علامت شبیه علامت دیود است که دارای یک پیشوند ۱N (به عنوان مثال ۱N4004) است.

مهم است که یک کاتالوگ سازنده یا یکدیتاشیت داشته باشید تا بدانید که سرب به کدام قسمت  ترانزیستور  متصل است.

 

آشنایی با اسیلوسکوپ

آموزش كامل اسيلوسكوپ 

اسيلوسکوپ ( Oscilloscope ) يک دستگاه اندازه گيری است که از آن برای مشاهده شکل موج ها و اندازه گيری ولتاژ ، زمان تناوب ، اختلاف فاز و همچنين مشاهده منحنی مشخصه ولت – آمپر عناصر نيمه هادی مانند ديود و ترانزيستور استفاده می شود . اسيلوسکوپ يک ولت متر دقيق است ولی توانايی اندازه گيری جريان را به طور مستقيم ندارد و برای اندازه گيری جريان بايد از روش های غير مستقيم مانند قانون اهم استفاده کرد . يکی از مزايای اسيلوسکوپ اين است که بر خلاف مولتی مترهای معمولی ، در فرکانس های بالا نيز به خوبی کار می کند . اندازه گيری و مشاهده شکل موج ها در اسيلوسکوپ از ولتاژ با فرکانس صفر ( DC ) شروع و به فرکانس مشخصی ختم می گردد که معموًلاً اسيلوسکوپ را با اين فرکانس مشخص می کنند . مثًلاً اسيلوسکوپ ٠۴ مگاهرتز ، يعنی اسيلوسکوپی که می تواند ولتاژهای DC و AC تا ٠۴MHZ را نمايش دهد .  

اسيلوسکوپ ها در نوع آنالوگ و ديجيتال ساخته می شوند که ما در اينجا به برسی نوع آنالوگ آن می پردازيم و در ادامه هر جا کلمه اسيلوسکوپ را به کار ببريم منظورمان اسيلوسکوپ آنالوگ است . ما قصد نداريم به بررسی ساختمان داخلی اسيلوسکوپ بپردازيم بلکه هدف ، آشنايی با قابليت های اسيلوسکوپ و نحوه استفاده از آن می باشد . به دليل اينکه طرز کار همه اسيلوسکوپ ها شبيه يکديگر است و کليدها و ولوم های آنها تقريبًاً يکی است ما برای آموزش بهتر مطلب ، از يک اسيلوسکوپ Instek مدل GOS – 630 در امر آموزش استفاده می کنيم که تصوير اين اسيلوسکوپ قابل مشاهده است . 

 

 

اسيلوسکوپ ها ممکن است يک کاناله و يا چند کاناله باشند . اسيلوسکوپ های يک کاناله در هرلحظه فقط می توانند يک سيگنال را روی صفحه نمايش خود نمايش دهند . اما اسيلوسکوپ های چند کاناله ، همزمان می توانند چند سيگنال را روی صفحه نمايش خود ، نمايش دهند . اسيلوسکوپ نمايش داده شده در شکل (١) ، يک اسيلوسکوپ دو کاناله می باشد يعنی همزمان قادر به نمايش دادن دو سيگنال روی صفحه نمايش خود می باشد . اما سيگنال های الکتريکی چگونه به اسيلوسکوپ منتقل می شوند ؟ برای انتقال سيگنال های الکتريکی به اسيلوسکوپ ، از پروب استفاده می شود که در ادامه به بررسی آن می پردازيم .  

پروب ( Probe ) : برای انتقال سيگنال های الکتريکی به اسيلوسکوپ ، از پروب که به آن پراب نيز می گويند استفاده می شود . يک نمونه پروب در شکل زير مشاهده مي آنيد .  

 

 

 

سيم رابط پروب معمولا از جنس کابل کواکسيال می باشد تا ميزان نويز به حداقل برسد . نوک پروب به صورت گيره ای فنری است که می توان آن را به يک نقطه از مدار وصل کرد . اگر پوشش پلاستيکی نوک پروب را برداريم ، نوک آن به صورت سوزنی می شود که در بعضی مواقع از آن استفاده می گردد . انتهای فلزی سيم رابط که به ورودی اسيلوسکوپ وصل می شود BNC نام دارد . BNC دارای يک شيار مورب است که وقتی آن را به ورودی اسيلوسکوپ وصل می کنيم و ٩٠ درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخانيم اين قطعه کامًلاً به اسيلوسکوپ متصل می شود

همچنين روی پروب کليدی با دو حالت ١× و ١٠× وجود دارد که در حالت ١× ، سيگنال بدون هيچ گونه تضعيفی از طريق پروب به اسيلوسکوپ اعمال می گردد و در حالت ١٠×، ابتدا سيگنال در داخل پروب ١٠ برابر تضعيف شده و سپس به اسيلوسکوپ اعمال می گردد . بايد توجه داشت که اگر از حالت ١٠× پروب ، برای اندازه گيری استفاده شود مقادير قرائت شده دامنه را بايد در عدد ١٠ ضرب نمود تا مقدار واقعی دامنه سيگنال بدست آيد . موارد کاربرد ١٠× برای سيگنال های با دامنه زياد می باشد .  

در ادامه ابتدا به بررسی صفحه نمايش و کليدها و ولوم های روی پانل اسيلوسکوپ می پردازيم و سپس به بررسی کاربردهای اسيلوسکوپ می پردازيم . برای نمايش بهتر پانل اسيلوسکوپ ، تصويری از نمای روبه روی اسيلوسکوپ نمايش داده شده است. 

 

1- صفحه نمايش اسيلوسکوپ : اسيلوسکوپ ها دارای يک صفحه نمايش هستند که اين صفحه نمايش در راستای افقی به ١٠ قسمت و در راستای عمودی به ٨ قسمت تقسيم می شود که برای دقت بيشتر در اندازه گيری ، در راستاهای افقی و عمودی ، خطوط وسط دارای تقسيمات ريزتری نيز می باشند به طوری که هر خانه به ۵ قسمت تقسيم شده و هر قسمت معادل ٢.٠ خانه است .

 2- کليد روشن و خاموش کردن اسيلوسکوپ : در هر اسيلوسکوپ کليدی برای روشن و خاموش کردن اسيلوسکوپ وجود دارد که آن را با کلمه POWER و يا ON/OFF نمايش می دهند . در نزديکی اين کليد ، معموًلاً يک LED جهت نمايش روشن و يا خاموش بودن اسيلوسکوپ وجود دارد . اين کليد در زير و سمت راست صفحه نمايش قابل مشاهده است .  

3- ولوم Intensity : اين ولوم شدت نور سيگنال نمايش داده شده را کم و زياد می کند . اين ولوم بايد در حالتی قرار گيرد که شدت نور برای رؤيت سيگنال کافی باشد . اين ولوم ممکن است به اختصار با Inten نمايش داده شود . در شکل بالا در زير صفحه نمايش دو ولوم وجود دارد . از اين دو ولوم ، ولوم سمت چپی ، ولوم Inten می باشد .  

۴- ولوم Focus : کلمه Focus به معنای کانونی و يا تمرکز است و اين ولوم ضخامت موج رسم شده بر روی صفحه اسيلوسکوپ را کم و زياد می کند . اين ولوم بايد در حالتی قرار داده شود که خطوط شکل موج ، حداقل ضخامت را داشته باشند . در شکل بالا ، از بين دو ولوم زير صفحه اسيلوسکوپ ، ولوم سمت راست ولوم Focus می باشد .  

-5پين تنظيمات يا کاليبراسيون : اين قسمت برای تست و تنظيم سلکتورهای Volt/Div و Time/Div و نيز برای بررسی سالم و يا معيوب بودن پروب مورد استفاده قرار می گيرد .

   اسيلوسکوپ يک سيگنال مرجع با دامنه و فرکانس معين برای تست و تنظيم خود ايجاد می کند و بهاين پين انتقال می دهد . اگر سيگنال مزبور به ورودی اسيلوسکوپ داده شود می توان شکل موج آن را مشاهده کرد . در عين حال چون دامنه و فرکانس سيگنال مزبور معين است ، می توان صحت تنظيمات سلکتورهای Volt/Div و Time/Div را تحقيق کرد . همچنين اگر در اثر تماس نوک پروب با اين پين ، سيگنال موجود بر روی پين ، در صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر شود و زمانی که گيره زمين پروب را همزمان با نوک پروب به اين پين متصل می کنيم يک خط افقی و يا به عبارتی ولتاژ صفر ، روی صفحه اسيلوسکوپ ظاهر شود پروب سالم است . در شکل (٢) اين پين در زير صفحه نمايش اسيلوسکوپ و در منتهی اليه سمت چپ قابل مشاهده است .  

۶- پيچ آستيگمات : اين پيچ به همراه ولوم تنظيم نقطه کانونی برای ايجاد واضح ترين نقطه گرد استفاده می شود و معموًلاً با عبارت Astig مشخص می شود . بعضی از اسيلوسکوپ ها مثل اسيلوسکوپ نمايش داده شده در شکل (٣) اين ولوم را ندارند

7- پيچ چرخش محور افقی : توسط اين پيچ کجی محور افقی کامًلاً در وضعيت افقی تصحيح می گردد . اين ولوم با عبارت Trace Rotation مشخص می شود . در اسيلوسکوپ نمايش داده شده در شکل (٣) ، اين ولوم در سمت راست ولوم Focus قرار دارد . برای بررسی بقيه ولوم ها و کليدهای اسيلوسکوپ ، تصوير واضح تری از نيمه سمت راست اسيلوسکوپ نمايش داده شده است .  

8- کليد Time/Div : اين کليد دارای ضرايبی بر حسب ثانيه ، ميلی ثانيه و ميکروثانيه است و اينضرايب نشان دهنده اين هستند که چقدر زمان لازم است تا اشعه در راستای افقی به اندازه يک خانه جا به جا شود . مثًلاً در شکل (۴) ضريب Time/Div برابر است با ٢.٠ ميلی ثانيه و اين يعنی اينکه در اين حالت برای اينکه اشعه در راستای افقی به اندازه يک خانه جا به جا شود ٢.٠ ميلی ثانيه يا ٢٠٠ ميکروثانيه زمان لازم است .  

9-ولوم Time Variable : اين ولوم برای فشرده و باز کردن شکل موج در راستای افقی استفاده می شود . برای اندازه گيری زمان تناوب توسط اسيلوسکوپ بايد حتمًاً اين ولوم تا آخر در جهت حرکت عقربه های ساعت چرخانده شده و روی علامت Cal قرار گيرد . اگر اين ولوم از حالت Cal خارج شود ضرايب Time/Div ديگر معتبر نبوده و نمی توان زمان تناوب را محاسبه نمود .  

از اين ولوم زمانی استفاده می شود که صحت ضرايب Time/Div اهميتی نداشته باشد مثل زمانی که می خواهيم اختلاف فاز دو موج هم فرکانس را محاسبه کنيم .  

10- کليد بزرگنمايی در راستای افقی : توسط اين کليد می توان مقياس افقی را به ميزان ۵ و يا ١٠ برابر بزرگ نمود . به اين ترتيب که در حالت عادی مقياس افقی همان است که سلکتور Time/Div نشان می دهد اما در حالت انتخاب اين کليد ، شکل موج در جهت افقی ۵ و يا ١٠ برابر باز می شود و اين معادل اين است که عدد نشان داده شده توسط سلکتور Time/Div به ۵ و يا ١٠ تقسيم شده باشد . در بعضی از اسيلوسکوپ ها کليد بزرگنمايی افقی جزئی از همان ولوم تغيير مکان افقی ( Horizontal Position ) می باشد . به اين صورت که وقتی اين ولوم داخل است ، بزرگنمايی غير فعال بوده و وقتی اين ولوم بيرون کشيده می شود ، بزرگنمايی فعال می شود . مورد استفاده کليد بزرگنمايی افقی در مورد نمايش امواج با فرکانس زياد است . اين کليد با MAG به همراه ۵× و يا ١٠× نمايش داده می شود .  

11- کليد بزرگنمايی در راستای افقی : اين کليد نيز همانند کليد بزرگنمايی در راستای عمودی است و در مواقعی که دامنه ولتاژ خيلی کم است مورد استفاده قرار می گيرد . در اين صورت ميزان ولتاژ اندازه گيری شده توسط اسيلوسکوپ بايد بر ضريب کليد بزرگنمايی تقسيم شود .  

12-ولوم تغيير مکان افقی ( Horizontal Position ) : اين ولوم شکل موج را در جهت افقی جا به جا می کند . اين ولوم ممکن است به اختصار با Hor.Pos و يا با علامت►◄ نشان داده می شود   

13-  کليد Volt/Div : اين کليد نيز همانند کليد Time/Div دارای ضرايبی است که اين ضرايب بر حسب ولت و ميلی ولت می باشند و هر ضريب بيان کننده اين است که هر خانه در راستای عمودی چند ولت می باشد . اين کليد برای اندازه گيری دامنه ولتاژ به کار می رود . با تغيير اين کليد ، شکل موج در راستای عمودی باز و جمع می شود . مثًلاً در شکل (۴) ، ضريب کليد Volt/Div کانال ٢ برابر با ۵.٠ ولت می باشد که اين امر نشان دهنده اين است که به ازای انتخاب کانال ٢ ، در صفحه نمايش اسيلوسکوپ هر خانه در راستای عمودی برابر با ۵.٠ ولت می باشد .  

۴١- ولوم Volt Variable : اين ولوم شکل موج را در راستای عمودی فشرده و باز می کند . اما اگر اين ولوم از حالت Cal خارج شود ديگر مقادير Volt/Div معتبر نبوده و نمی توان اندازه ولتاژ را محاسبه نمود . بنابراين اين ولوم هنگام اندازه گيری ولتاژ بايد روی علامت Cal ياشد .  

۵١- ولوم Vertical Position : اين ولوم شکل موج را در راستای عمودی جا به جا می کند وممکن است به اختصار با Ver.Pos و يا با استفاده از علامت های ▼ و ▲ نمايش داده شود . 

 ۶١- پيچ بالانس DC : به دليل استفاده از اسيلوسکوپ در مناطق و حرارت های متفاوت می بايست سلکتورهای Volt/Div هر يک از دو کانال ، از نظر DC بالانس شوند . با تنظيم اين پيچ ها بايد حالتی را انتخاب نمود که در آن حالت با تغيير سلکتور Volt/Div ، خط افقی هيچ تغيير مکانی در جهت عمودی نداشته باشد . اين پيچ ها معموًلاً با DC–Bal مشخص می شوند . 

17- کليد AC–GND–DC : اگر اين کليد در حالت AC باشد يک خازن در مسير ورودی اسيلوسکوپ قرار می گيرد که سبب حذف مؤلفه DC شکل موج می گردد . يعنی در اين حالت فقط سيگنال های AC روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ، نمايش داده می شوند و سيگنال های DC حذف می شوند . اما اگر اين کليد در حالت DC باشد هر چه در ورودی باشد بدون تغيير در صفحه نمايش اسيلوسکوپ ، نمايش داده می شود . يعنی در اين حالت مؤلفه های AC و DC روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ، نمايش داده می شوند و در صورتی که اين کليد در حالت GND باشد ورودی اسيلوسکوپ به صفحات انحراف عمودی که در ادامه در رابطه با آنها صحبت می کنيم منتقل نخواهد شد بلکه اين صفحات به اختلاف پتانسيل صفر ولت متصل می شوند . بنابراين در اين حالت روی صفحه اسيلوسکوپ يک خط افقی ديده می شود که از آن برای تعيين خط مبنای عمودی و يا ولتاژ صفر ولت استفاده می شود .  

18- کليد ADD–DUAL–CH2–CH1 : اگر اين کليد در حالت CH1 باشد فقط سيگنال اعمال شده به کانال ١ روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شود و اگر اين کليد در حالت CH2 باشد فقط سيگنال اعمال شده به کانال ٢ روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شود . در صورتی که DUAL را انتخاب کنيم شکل موج های هر دو کانال همزمان روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شوند و در صورت انتخاب ADD حاصل جمع لحظه ای دو شکل موج روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شود .  

19- کليد CHOP–ALT : اگر فرکانس سيگنال های ورودی بيشتر از ١KHZ باشد با استفاده از حالت ALT می توانيم دو شکل موج را به طور همزمان در صفحه نمايش اسيلوسکوپ مشاهده کنيم . در اين حالت در يک دوره تناوب موج Ramp ( در ادامه در رابطه با موج Ramp صحبت خواهيم کرد. سيگنال اعمال شده به کانال ١ و در دوره تناوب بعدی اين موج ، سيگنال اعمال شده به کانال ٢ روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ، نمايش داده می شود اما به دليل فرکانس بالای موج Ramp و سيگنال های ورودی ، سيگنال های هر دو کانال به طور همزمان بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ قابل مشاهده هستند .   اما اگر فرکانس سيگنال های ورودی کم باشد مشاهده    دو شکل موج به طور همزمان در حالت انتخاب ALT امکان پذير نخواهد بود . زيرا در اين صورت وقتی اسيلوسکوپ سيگنال کانال ١ را نمايش می دهد سيگنال کانال ٢ از ديد محو می شود و وقتی اسيلوسکوپ سيگنال کانال ٢ را نمايش می دهد سيگنال کانال ١ از ديد محو می شود و بنابراين دو موج به صورت چشمک زن روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر می شوند . برای نمايش سيگنال های با فرکانس کم از حالت CHOP استفاده می کنيم . در اين حالت يک نقطه کوچک از سيگنال کانال ١ و سپس يک نقطه کوچک از سيگنال کانال ٢ و به همين ترتيب تا آخر نمايش داده می شود . در اين روش لحظه ای که سيگنال کانال ١ نمايش داده می شود کانال ٢ قطع است و برعکس در لحظه ای که سيگنال کانال ٢ نمايش داده می شود کانال ١ قطع است اما چون اين نقاط فوق العاده کوچک هستند ما آنها را کنار هم و به صورت پيوسته مشاهده می کنيم و در نتيجه دو شکل موج بهطور همزمان بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ قابل مشاهده هستند .  

20-کليد CH2INV : زمانی که اين کليد انتخاب می شود شکل موج کانال ٢ به اندازه ١٨٠ درجه اختلاف فاز پيدا می کند .  

21- کليد X–Y : اگر اين کليد فعال شود ارتباط موج Ramp با صفحات انحراف افقی قطع شده و هر يک از سيگنال های ورودی به يکی از صفحات انحراف افقی يا عمودی اعمال می شود . مثًلاً در اسيلوسکوپ نمايش داده شده در شکل (۴) ، همانطور که مشاهده می کنيد در کنار ترمينال ورودی کانال ١ حرف X و در کنار ترمينال ورودی کانال ٢ حرف Y درج شده است . بنابراين در اين اسيلوسکوپ ، در حالت انتخاب کليد X–Y ، سيگنال ورودی کانال ١ به صفحات انحراف افقی و سيگنال ورودی کانال ٢ به صفحات انحراف عمودی اعمال می شود .

22-اين کليد برای مشاهده منحنی مشخصه ولت – آمپر عناصر نيمه هادی و نيز مشاهده اشکال ليساژور کاربرد دارد .  

در هر اسيلوسکوپی قسمتی مربوط به کنترل تريگر وجود دارد که در ادامه می خواهيم به بررسی آن بپردازيم اما قبل از معرفی کليدها و ولوم های اين قسمت به سؤالی که ممکن است برای بعضی ها مطرح شود پاسخ می دهيم و آن سؤال اين است که منظور از تريگر چيست ؟ برای پاسخ به اين سؤال بايد مطالبی را در مورد ساختمان داخلی اسيلوسکوپ بدانيد . در اسيلوسکوپ در ابتدا يک اشعه الکترونی توليد می شود . منظور از اشعه الکترونی تعداد زيادی الکترون می باشد که به صورت يک اشعه فوق العاده باريک درآمده و با سرعت بسيار زياد ( چند هزار کيلومتر در ثانيه ) در حرکت است . زمانی که اين اشعه الکترونی با سرعت زياد با مواد فسفرسانس پشت صفحه نمايش اسيلوسکوپ برخورد می کند مواد فسفرسانس از خود نور توليد می کنند . برای اينکه اين اشعه الکترونی شکل موج ها را روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش دهد لازم است در دو جهت عمودی و افقی حرکت کند و بر اين اساس دو سری صفحه به نام های صفحات انحراف عمودی و صفحات انحراف افقی را در مسير حرکت اشعه الکترونی قرار می دهند . هر سری از اين صفحات ، خود شامل دو صفحه موازی می باشد . در اثر ايجاد اختلاف پتانسيل بين دو صفحه موازی ، اشعه الکترونی به سمت صفحه دارای پتانسيل بيشتر متمايل می شود و به اين ترتيب محل برخورد اشعه الکترونی با مواد فسفرسانس پشت صفحه نمايش تغيير می کند و در نتيجه محل توليد نور روی صفحه نمايش تغيير می کند . سيگنالی که ما می خواهيم روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شود به صفحات انحراف عمودی اعمال می شود و متناسب با تغييرات دامنه اين سيگنال ، اشعه الکترونی در راستای عمودی جا به جا می شود . اما برای اينکه شکل موج به طور صحيح روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شود بايد همزمان با جا به جا شدن اشعه در راستای عمودی ، اشعه در راستای افقی نيز جا به جا شود . مثًلاً اگر هدف ، نمايش يک موج سينوسی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ باشد با رسيدن موج سينوسی به صفحات انحراف عمودی ، اشعه الکترونی متناسب با دامنه موج سينوسی در راستای عمودی جا به جا می شود و اگر هيچ موجی به صفحات انحراف افقی اعمال نشود ، روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ به جای يک موج سينوسی فقط يک خط عمودی ديده می شود . بنابراين هميشه بايد همزمان با سيگنال ورودی ، يک موج به صفحات انحراف افقی اعمال شود تا شکل موج ورودی به درستی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شود . اين موج را موج Ramp می گويند که يک موج دندانه اره ای است . اگر فرکانس موج Ramp با فرکانس سيگنال ورودی يکی باشد يک سيکل کامل از موج ورودی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شود و اگر فرکانس موج Ramp بيش از فرکانس سيگنال ورودی باشد چند سيکل از سيگنال ورودی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده می شود .

برای اينکه شکل موج ساکنی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ داشته باشيم لازم است تا حرکت افقی اشعه الکترونی هر بار از محل مشخصی از سيگنال ورودی شروع شود که اين وظيفه بر عهده قسمت تريگر اسيلوسکوپ می باشد . اگر عمل تريگر انجام نشود ممکن است سيگنال ورودی در صفحه نمايش اسيلوسکوپ حرکت کند . برای عمل تريگر روش های مختلفی وجود دارد و بر اين اساس کليدهايی بر روی پانل اسيلوسکوپ تعبيه شده است که به وسيله آنها می توان نوع تريگر را انتخاب نمود . اين کليدها عبارتند از :   

23-کليد Auto–Normal : اگر اين کليد در حالت Auto باشد حتی اگر به ورودی اسيلوسکوپ سيگنالی اعمال نشود مدار داخلی اسيلوسکوپ يک موج دندانه اره ای به صفحات انحراف افقی اعمال می کند و بنابراين خطی افقی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر می شود که نشان دهنده آماده به کار بودن اسيلوسکوپ است . اما در صورتی که اين کليد در حالت Normal باشد عمل تريگر فقط به کمک موج ورودی انجام می شود و لذا در صورتی که ورودی نداشته باشيم هيچ گونه خطی و يا موجی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر نخواهد شد . اين کليد در حالت عادی بايد بر روی Auto باشد .  

24-کليد Source Trigger : اين کليد ممکن است دارای حالت های زير باشد .  

 الف ) AC : در اين حالت عمل تريگر با مؤلفه AC انجام می شود .  

ب‌   ) DC : در اين حالت عمل تريگر با خود موج به اضافه مؤلفه DC انجام می شود . 

پ ) CH1 : در اين حالت عمل تريگر توسط سيگنال اعمال شده به کانال ١ انجام می شود .  

ت‌   ) CH2 : در اين حالت عمل تريگر توسط سيگنال اعمال شده به کانال ٢ انجام می شود . 

ث‌   ) Line : در اين حالت عمل تريگر با فرکانس برق شهر انجام می شود .  

ج‌   ) Ext : در اين حالت بايد موجی را که می خواهيم توسط آن عمل تريگر انجام شود از خارج   اسيلوسکوپ و توسط ترمينال مخصوص آن به اسيلوسکوپ اعمال کنيم .  

چ ) TV : در اين حالت يک فيلتر پايين گذر مؤلفه های فرکانس بالای موج ورودی را حذف نموده و سپس عمل تريگر انجام می شود . اين کليد در حالتی استفاده می شود که يک موج مزاحم بر روی موج اصلی ، مانع عمل تريگر شود .  

ح‌   ) TV–H : در اين حالت عمل تريگر توسط سيگنال های افقی تلويزيون انجام می شود .  

خ‌   ) TV–L : در اين حالت عمل تريگر توسط سيگنال های عمودی تلويزيون انجام می شود .  

 ۴٢- ولوم Level : اين ولوم نقطه شروع موج نشان داده شده بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ را معين می کند . همچنين اگر موج نمايش داده شده بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ، در جهت افقی حرکت کند و ثابت نباشد بايد به کمک اين ولوم شکل موج را ثابت نگهداشت .  

۵٢- کليد Slope : اين کليد مشخص کننده اين است که اولين نيم سيکل موج نشان داده شده مثبت و يا منفی می باشد . در حالت عادی بايد علامت مثبت ( + ) انتخاب شود . در واقع علامت مثبت (+) به معنای شيب مثبت و علامت منفی ( - ) به معنای شيب منفی در نقطه شروع موج می باشد .  

حال که با کليدها و ولوم های پانل اسيلوسکوپ آشنا شديد در ادامه به بررسی نحوه اندازه گيری ولتاژ ، زمان تناوب ، فرکانس ، اختلاف فاز و نيز مشاهده منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود توسط اسيلوسکوپ می پردازيم 

اندازه گيری ولتاژ : توسط اسيلوسکوپ می توان ولتاژهای AC و DC را با دقت خيلی زياد اندازه گيری کرد برای اين منظور ابتدا ولوم Volt Variable را تا انتها در جهت حرکت عقربه های ساعت می چرخانيم و آن را در حالت Cal قرار می دهيم . سپس با قرار دادن کليد AC–GND–DC روی حالت GND اشعه را ترجيحًاً در وسط صفحه نمايش اسيلوسکوپ و يا در هر نقطه دلخواه ديگری از صفحه نمايش تنظيم می کنيم و سپس کليد فوق را در حالت DC قرار می دهيم تا سيگنال اعمال شده به اسيلوسکوپ بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر شود . حال در صورتی که سيگنال ورودی ، يک سيگنال AC باشد برای بدست آوردن ولتاژ پيک آن ، تعداد خانه های اشغال شده بين محل تنظيم اشعه در حالت GND و پيک سيگنال AC را شمرده و در ضريب Volt/Div ضرب می کنيم و برای بدست آوردن ولتاژ مؤثر اين سيگنال ، مقدار ولتاژ پيک بدست آمده را بر ۴١۴.١ تقسيم می کنيم . به عنوان مثال در شکل (۵) يک سيگنال سينوسی بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شده است . اگر ضريب Volt/Div برابر با ۵ ولت باشد مقدار ولتاژ پيک و مؤثر اين سيگنال را بدست آوريد . 

 

 

فاصله قله سيگنال سينوسی نمايش داده شده در شکل (۵) تا محور xها برابر است با فاصله دره اين سيگنال سينوسی تا محور xها . بنابراين محور xها را به عنوان ولتاژ صفر ولت در نظر می گيريم . حال برای بدست آوردن ولتاژ پيک سيگنال سينوسی ابتدا تعداد خانه های بين پيک سيگنال سينوسی و محور xها را می شماريم که با توجه به شکل (۵) تعداد اين خانه ها ٣ عدد می باشد و سپس با ضرب کردن تعداد خانه های شمارش شده در ضريب Volt/Div مقدار ولتاز پيک سيگنال سينوسی بدست می آيد . يعنی در اين مثال مقدار ولتاژ پيک سيگنال سينوسی برابر است با : 

 

برای بدست آوردن ولتاژ مؤثر سيگنال سينوسی فقط کافی است مقدار ولتاژ پيک سيگنال سينوسی را بر ۴١۴.١ تقسيم کنيم . يعنی در اين مثال مقدار ولتاژ مؤثر سيگنال سينوسی برابر است با : 

 

 

حال اگر ولتاژ مورد اندازه گيری يک ولتاژ DC باشد تعداد خانه های اشغال شده بين محل تنظيم اشعه در حالت GND و ولتاژ DC را شمرده و در ضريب Volt/Div ضرب می کنيم تا مقدار ولتاژ DC بدست آيد . به عنوان مثال در شکل (۶) يک ولتاژ DC روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شده است . اگر ضريب Volt/Div برابر با ٢ ولت باشد مقدار اين ولتاژ DC را بدست آوريد . 

 

 

 با فرض اينکه محل تنظيم اشعه در حالت GND ، محور xها بوده است تعداد خانه های بين ولتاژ DC و محور xها را می شماريم که با توجه به شکل (۶) تعداد اين خانه ها ٣ عدد می باشد . حال از ضرب تعداد خانه های شمارش شده در ضريب Volt/Div ، مقدار ولتاژ DC بدست می آيد .  

بنابراين در اين مثال مقدار ولتاژ DC برابر است با : 

  

اندازه گيری زمان تناوب و فرکانس : برای اندازه گيری زمان تناوب يک موج متناوب بايد ابتدا ولوم Variable Volt را در حالت Cal قرار داده و سپس تعداد خانه های در بر گرفته شده توسط يک موج متناوب را در ضريب Time/Div ضرب نمود . 

 به عنوان مثال با فرض اينکه ضريب Time/Div برابر با ۵.٠ ميلی ثانيه و ولوم Volt Variable در حالت Cal باشد زمان تناوب شکل موج نمايش داده شده در شکل (٧) را بدست آوريد  

 

 

همانطور که در شکل (٧) مشاهده می کنيد تعداد خانه های در بر گرفته شده توسط يک سيکل برابر با ٨ خانه می باشد . بنابراين زمان تناوب برابر است با : 

   

اگر بخواهيم فرکانس يک سيگنال متناوب را بدست آوريم تنها کافی است عدد يک را بر زمان تناوب آن سيگنال تقسيم کنيم . به عنوان مثال فرکانس موج سينوسی نمايش داده شده در شکل (٧) برابر است با : 

   

اندزه گيری اختلاف فاز : با توجه به اينکه اسيلوسکوپ های دو کاناله می توانند همزمان دو شکل موج را نمايش دهند امکان اندازه گيری اختلاف فاز بين دو موج متناوب هم فرکانس توسط اين نوع اسيلوسکوپ ها امکان پذير است . برای اين منظور دو روش وجود دارد . در روش اول ابتدا توسط کليد Time/Div و ولوم Volt Variable سعی می کنيم يک سيکل از سيگنال متناوب ، تعداد خانه های زيادی را در بر گيرد ( در اندازه گيری اختلاف فاز چون کاری با ضرايب Time/Div نداريم می توانيم ولوم Volt Variable را از حالت Cal خارج کنيم ) . سپس ◦ ٠۶٣ را بر تعداد خانه های در بر گرفته شده توسط يک سيکل تقسيم می کنيم تا مقدار اختلاف فاز به ازای هر خانه مشخص شود . سپس تعداد خانه های قرار گرفته بين دو شکل موج در راستای افقی را در مقدار اختلاف فاز به ازای هر خانه ضرب می کنيم تا اختلاف فاز بين دو شکل موج بدست آيد . اختلاف فاز را باΦ ( فی ) نمايش می دهند . به عنوان مثال در شکل (٨) اختلاف فاز بين دو شکل موج چقدر است ؟ 

  

بنابراين اين دو شکل موج با يکديگر ٩٠ درجه اختلاف فاز دارند .  

دومين روش برای اندازه گيری اختلاف فاز بين دو شکل موج ، استفاده از اشکال ليساژور است . برای اين منظور اسيلوسکوپ را در حالت X–Y قرار داده و پس از اعمال شکل موج ها به کانال های X و Y ، توسط کليد Volt/Div و ولوم Volt Variable هر يک از دو کانال ، شکل موج ايجاد شده بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ را طوری تنظيم می کنيم که تا حد امکان بزرگ و تمامًاً داخل صفحه نمايش اسيلوسکوپ باشد. در اين صورت يکی از پنج تصوير نشان داده شده در شکل (٩) بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر می شود . 

 

 

در تصويرهای ١ و ٣ و ۵ مقدار اختلاف فاز بين دو موج مشخص است اما در تصوير ٢ برای بدست آوردن اختلاف فاز بين دو موج به طريق زير عمل می کنيم . 

 

 

  در صورت ايجاد تصوير ۴ بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ، از رابطه زير برای محاسبه اختلاف فاز بين دو شکل موج استفاده می شود . 

 

مشاهده منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود : برای رسم منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود بايد از مدار نمايش داده شده در شکل (١٢) استفاده کرد . 

 

 در اين شکل با توجه به اينکه اسيلوسکوپ يک ولت متر است و توانايی اندازه گيری جريان را به طور مستقيم ندارد و از طرفی منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود در حقيقت جريان ديود بر حسب ولتاژ دو سر آن است لذا با عبور دادن جريان ديود از يک مقاومت ، جريان را تبديل به ولتاژ می کنيم . حال با اندازه گيری ولتاژ مربوط به کانال Y و تقسيم آن بر مقدار مقاومت می توانيم مقدار جريان را نيز اندازه بگيريم . معموًلاً برای راحتی محاسبات مقدار مقاومت را ١KΩ در نظر می گيرند . در اين صورت چون به ازای هر يک ميلی آمپر جريان ، ولتاژ دو سر مقاومت به اندازه يک ولت افزايش می يابد ، لذا هر يک ولت ولتاژ روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ در راستای عمودی را معادل يک ميلی آمپر جريان برای ديود محسوب می کنيم . برای مشاهده منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود ، ابتدا اسيلوسکوپ را در حالت X–Y قرار می دهيم و سپس قسمت هايی از مدار فوق را که با X و Y مشخص شده اند به ورودی های X و Y اسيلوسکوپ وصل می کنيم . در ادامه با تنظيم کليد Volt/Div و قرار دادن ولوم Volt Variable روی حالت Cal ، تصويری همانند شکل (١٣) روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر می شود . 

 

 

 

دليل اينکه منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود مطابق شکل (١٣) ظاهر می شود اين است که پروب کانال Y به طور معکوس به دو سر مقاومت وصل شده است و لذا ولتاژ دو سر مقاومت همواره منفی می باشد . برای اينکه منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود به طور صحيح بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ نمايش داده شود بايد توسط کليد CH2INV ، شکل موج کانال Y را نسبت به محور xها معکوس کنيم . در اين صورت منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود همانند شکل (۴١) بر روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر خواهد شد . 

 

اگر در شکل (١٢) به جای ديود معمولی يک ديود زنر قرار داده و سپس مراحل فوق را طی کنيم منحنی مشخصه ولت – آمپر ديود زنر همانند شکل (۵١) روی صفحه نمايش اسيلوسکوپ ظاهر می شود . 

 

همانطور که در شکل (۵١) مشاهده می کنيد به راحتی می توان ولتاژ شکست ديود زنر را با استفاده از اسيلوسکوپ مشاهده و اندازه گيری کرد .

 

آشنایی با مولتی متر دیجیتال

آموزش استفاده از مولتی متر دیجیتال

 

مولتی متر های دیجیتال انواع و اقسام متفاوتی دارند و با قیمت از حدود ۲۰ الی ۳۰ هزار تومان به بالا در بازار یافت می شود (سال۹۴!)

مولتی متر های دیجیتال بسته به نوع و مدل پارامتر های مختلفی را اندازه گیری می کنند از جمله ولتاژ، شدت جریان، مقاومت، ظرفیت خازن، تست دیود و تست اتصال کوتاه.

همچنین مولتی متر ها را میتوانیم به دو دسته کلی Auto Range و غیر Auto Range یا Manual تقسیم کنیم. در نوع غیر اتوماتیک، برای اندازه گیری هر پارامتر نظیر ولتاژ، مقاومت و … باید حدود مورد نظر را روی مولتی متر انتخاب کنیم. مثلا اگر میخواهیم ولتاژ ۱۲ ولت را اندازه بگیریم باید سلکتور مولتی متر را در قسمت ولتاژ روی ۲۰ قرار دهیم که بتوانیم ولتاژ های زیر ۲۰ ولت را با دقت خوبی اندازه بگیریم. نمونه یک مولتی متر غیر اتوماتیک را در تصویر زیر میتوانید مشاهده نمایید. به حالت های قابل انتخاب توجه نمایید:

در مولتی متر های اتوماتیک، نیازی به این کار نبوده و صرفا باید نوع پارامتر را مشخص کنیم مثلا برای اندازه گیری ولتاژ باتری، سلکتور مولتی مترمان را روی ولتاژ مستقیم قرار می دهیم و اقدام به اندازه گیری می کنیم. ولتاژ هرچقدر که باشد (در بازه مجاز مولتی متر) روی صفحه نمایش داده می شود و البته اغلب مولتی متر ها امکان تنظیم دقت اندازه گیری را به کاربر می دهند. نمونه یک مولتی متر اتوماتیک را نیز در تصویر زیر می بینید.

همانطور که در تصویر مربوط به مولتی متر اتوماتیک اشاره کردیم، تعداد حالت های قابل انتخاب تنها محدود به انتخاب پارامتر مورد اندازه گیری می باشد.

خوب، حالا به بحث اصلیمون می پردازیم. موردی که بعضی دوستان سوال داشتن، اینکه چگونه از مولتی متر استفاده کنیم ؟ با ادامه این آموزش با ما همراه باشید تا با هم نحوه کار را بررسی کنیم. در این راهنما فرض می کنیم مولتی متر دیجیتال شما از نوع غیر اتوماتیک است و ضمن آموزش اعلام می کنیم که مثلا کلید سکلتور را روی حالت ولتاژ در رنج مثلا ۲۰ قرار دهید. اگر مولتی متر شما اتوماتیک است تنها لازم است پارامتر را (مثلا ولتاژ مستقیم) انتخاب کنید.

 

۱٫ نحوه اندازه گیری مقاومت:

کلید سلکتور اهمتر را روی قسمت Ω قرار می دهیم در این قسمت،علامت های ((۲۰۰ و ۲kو ۲۰kو ۲۰۰kو ۲Mو ۲۰M)) نوشته شده است. وقتی سلکتور اهمتر را روی عدد ۲۰۰ قرار می دهیم،یعنی اهمتر در این حالت قابلیت اندازه گیری مقاومت های بین صفر تا ۲۰۰ اهم را دارا می باشد و هنگامی که کلید را روی ۲۰K قرار می دهیم،یعنی اهمتر قابلیت اندازه گیری مقاومت های بین صفر تا ۲۰ کیلو اهم را دارا می باشد و …. ضمنا در این حالت پروب (فیش) سیاه اهمتر را در محل COM و پروب قرمز اهمتر را در محلی که با V/F/Ω مشخص شده قرار می دهیم و مقدار مقاومت را بر روی صفحه می خوانیم.هرگاه اهمتر قادر به خواندن مقدار مقاومت نباشد عدد ۱ ظاهر می شود که باید کلید را تغییر داد و هرگاه اهمتر در همه حالت عدد ۱ را نشان دهد معرف خرابی مقاومت است.

 

۲٫نحوه اندازه گیری ولتاژ مستقیم(DC):

کلید سلکتور مولتی متر را روی محدوده ولتاژ DC که با علامت( _V ) مشخص شده قرار می دهیم.در این محدوده شماره های مختلفی دیده می شود.چنانچه کلید را روی رنج ۲۰۰m قرار دهیم،بدین معناست که مولتی متر در این حالت قادر است ولتاژهای بین صفر تا ۲۰۰ میلی ولت را اندازه گیری کند. اگر کلید سلکتور را روی عدد ۲۰ قرار دهیم مفهومش اینست که اهمتر در اینحالت قادر است ولتاژهای بین صفر تا ۲۰ ولت را اندازه گیری کند و به همین نحو مقادیر بالاتر سقف های اندازی گیری ولتاژ بالاتر را میسر می سازند. در این حالت نیز فیش سیاه در محل COM و فیش قرمز در محل V/F/Ω نصب می شود.ضمنا به علت اینکه بایستی فیش مثبت و منفی را درست وصل کنیم،در صورت برعکس زدن فیشها،مقدار ولتاژ با علامت منفی روی صفحه ظاهر می شود.

 

۳٫نحوه اندازه گیری ولتاژ متناوب(AC):

کلید سلکتور مولتی متر را روی محدوده ولتاژ AC که با علامت (~V) مشخص شده قرار می دهیم. در این محدوده شماره های مختلفی دیده میشود که همانند آنچه در مورد ولتاز مستقیم گفتیم، عدد انتخاب شده، سقف ولتاژ قابل اندازه گیری ما خواهد بود مثلا چنانچه کلید را روی رنج ۷۵۰ قرار دهیم، مولتی متر قادر خواهد بود ولتاژهای بین صفر تا ۷۵۰ ولت متناوب را اندازه گیری کند. در این حالت فیش سیاه را در محل COM و فیش قرمز را در محل V/F/Ω قرار داده و فیش ها را از هر طرف به محل ولتاژ وصل کنیم فرقی نمی کند چون ولتاژ متناوب قطب منفی و مثبت ندارد.

 

۴٫نحوه اندازه گیری جریان DC:

کلید سلکتور مولتی متر را روی قسمت mA یا uA یا A قرار داده و فیش سیاه را در محل COM و فیش قرمز را در محل mA (برای جریان کم) و یا ۲۰A (برای جریان زیاد) قرار داده و آنگاه برای اندازه گیری جریان، اهم متر را در مدار بصورت سری می بندیم. یعنی جریان از یکی از پروبها وارد و از پروب دیگر خارج می شود.

نکته۱: توجه کنید که عدد ۲۰A که اعلام شد روی بدنه مولتی متر کنار یکی از کانکتور ها نوشته شده و بسته به سقف جریان قابل اندازی مولتی متر این عدد ممکن است بیشتر یا کمتر باشد. در هر صورت شما نباید جریانی بیشتر از مقدار اعلام شده از مولتی متر عبور دهید. ضمنا تفاوت دو کانکتور mA و ۲۰A مقدار فیوز سری شده با آنهاست. برای ایمنی بیشتر با هر کانکتور یک فیوز سری شده تا اگر جریانی بیش از جریان قابل اندازه گیری از آن کانکتور کشیده شد، فیوز بسوزد و مولتی متر آسیب نبیند. بنابراین در صورتی که جریانی که میخواهید اندازه بگیرید بیش از ۵۰۰ میلی آمپر است، از کانکتور جریان بالای ۲۰A استفاده نمایید.

نکته۲: برخی مولتی متر ها فقط جریان DC را میتوانند اندازه گیری کنند. در این مولتی متر ها کنار عبارات مربوط به جریان (mA و A) علامت جریان مستقیم (__) قرار دارد و در برخی مولتی متر ها که علاوه بر جریان مستقیم، جریان متناوب را نیز اندازه گیری می کنند، در کنار علامت جریان مستقیم، علامت جریان متناوب (~) نیز دیده می شود.

 

۵٫نحوه اندازه گیری مقدار فرکانس:

کلید سلکتور مولتی متر را روی قسمت فرکانس (۲۰KHZ) (حداکثر فرکانس در مولتی متر های مختلف متفاوت است) قرار داده و فیش سیاه را به محل COM و فیش قرمز را در محل V/F/Ω قرار می دهیم و آنگاه مقدار فرکانس را اندازه می گیریم.

 

۶٫تست دیود و ترانزیستور:

برای تست دیودها و ترانزیستورها،سلکتور مولتی متر را روی قسمت علامت دیود  قرار می دهیم و فیش سیاه اهمتر را در نقطه COM و فیش قرمز را در نقطه V/F/Ω قرار داده و دیود و ترانزیستور را تست می کنیم. برای تست دیود پروب قرمز را روی آند و پروب مشکی را روی کاتد قرار می دهیم باید عدد نمایش داده شده حدود ۰٫۶۰۰ باشد . اگر ۰ یا ۱ بود دیود سوخته است. سپس جای پروب ها را عوض می کنیم و نباید در این حالت مقداری نمایش داده شود. .

 ابتدا مولتی متر (اهم متر دیجیتالی) را بر روی تست دیود قرار دهید .
بعد پراب مولتی متر را به صورت تصادفی بر روی دو پایه ترانزیستور قرار دهید.
اگر مولتی متر عددی نشان نداد، پراب ها را بر روی پایه های دیگر قرار دهید .(جهت پراب هم مطرح است)
حالا که عدد بر روی مولتی متر رویت شد . یکی از پایه های مولتی متر را جابه جا کنید، تا عدد دیگری دیده شود.
اگر عددی مشاهده نشد ، پراب را سر جای قبلی خود گذارید و پراب دیگر را تغییر دهید تا عدد دیگری مشاهده کنید.
(شما در هر ترانزیستور دو عدد باید بتوانید مشاهده کنید.)
اگر نتوانستید دو عدد مشاهده کنید، و یا بیش از دو عدد مشاهده کردید .
و یا عددی که مشاهده کردید خیلی نزدیک به صفر (اتصال کوتاه ) بود ترانزیستور شما سوخته است.

نکته:

هر ترانزیستور NPN  و PNP  شامل دو عدد دیود است، و شما در اصل سلامت دیود های داخل ترانزیستور BJT را بررسی می نمایید.

چگونه PNP  یا NPN  بودن ترانزیستور را تشخیص دهیم؟

ترانزیستور NPN :

اگر شما برای دیدن دو عدد بر روی مولتی متر باید پراب سیاه رنگ را جا به جا نمایید و پراب قرمز ثابت است.
ترانزیستور شما NPN  است وترتیب پایه ها به صورت زیر خواهد بود.

حتماّ بخوانید  رنگ مقاومت های الکتریکی و طریقه خواندن آنها

پایه بیس: پراب قرمز که ثابت است ، بیس ترانزیستور می باشد.
پایه کلکتور : دو عدد خوانده شده بر روی مولتی متر کمی با هم متفاوت است عدد کمتر کلکتور است.
پایه امیتر: عدد بیشتر بر روی مولتی متر پایه امیتر است.

ترانزیستور PNP :

اگر شما برای دیدن دو عدد بر روی مولتی متر باید پراب قرمز رنگ را جا به جا نمایید و پراب سیاه ثابت است.
ترانزیستور شما PNP  است وترتیب پایه ها به صورت زیر خواهد بود.

پایه بیس: پراب سیاه که ثابت است ، بیس ترانزیستور می باشد.
پایه کلکتور : دو عدد خوانده شده بر روی مولتی متر کمی با هم متفاوت است عدد کمتر کلکتور است.
پایه امیتر: عدد بیشتر بر روی مولتی متر پایه امیتر است.

۷٫ کاربرد کلید Hold در مولتی متر دیجیتال:

گاها در مولتی متر های دیجیتال، مقدار پارامتر مورد اندازه گیری، مدام کم و زیاد شده و متناوبا تغییر کند که برای ثابت دیده شدن عدد، می توان کلید Hold را فشار داد. در حقیقت با زدن دکمه Hold، عددی که در آن لحظه در حال نمایش بوده روی صفحه ثابت می شود.

 

۸٫تست قطعات خارج از مدار با اهمتر:

این بخش به درخواست کاربران و در پاسخ به سوالات آنها به مرور تکمیل می شود. اگر شما هم سوالی دارید در نظرات همین پست مطرح نمایید. مواردی که مهم به نظر بیاید ضمن پاسخگویی در این قسمت نیز درج خواهد شد.

۱-تست فیوز:

کلید سلکتور اهم متر را روی رنج مقاومت (۱اهم) قرار داده به دو سر فیوز زده،اگر مقدار صفر اهم نمایش داده شده، فیوز سالم است. اگر مولتی متر تست اتصال کوتاه دارد، کلید سلکتور را روی آن حالت قرار داده و با اتصال پروبها به دو سر فیوز، اگر فیوز سالم باشد، مولتی متر بوق می زند.

آشنایی با قطعات الکترونیک

رله (Relay)

رله یک قطعه الکترونمکانیکی است که وظیفه قطع یا وصل کردن مسیر جریان را بر عهده دارد. در حقیقت رله همانند یک کلید عمل می کند که قطع یا وصل کردن آن توسط یک سیم پیچ (بوبین رله) انجام می شود. بدین صورت که با اعمال ولتاژ مناسب به سیم پیچ، آهنربای الکتریکی در داخل رله شکل می گیرد که ... ادامه مطلب »

سنسور های نوری

 

سنسور ها از قطعات بسیار مهم و کلیدی در دستگاه های الکترونیک می باشند. در رباتیک نیز سنسور ها یکی از مهمترین واحد ها هستند. در این مقاله قصد داریم ابتدا سنسور های نوری که در ربات تعقیب خط استفاده می شود را مورد بررسی قرار داده و در آینده این بحث را در همین پست تکمیل می کنیم. سنسور ... ادامه مطلب »

LED (دیود نورانی)

 

دیود نورانی (نور افشان) یا LED (که مخفف Light Emitting Diode است) یک قطعهٔ الکترونیک از خانوادهٔ دیودها است. در زبان محاورهٔ الکترونیک گاهی آنرا لِد (به انگلیسی: Led) نیز گویند. ال‌ئی‌دی‌های تک رنگ همانند بقیه دیودها دارای دو پایهٔ آنُد و کاتُد هستند. ال‌ئی‌دی‌های دو رنگ (یا بیشتر) دارای یک پایهٔ مشترک (معمولاً کاتد، معروف به «کاتُد-مشترک») و به ... ادامه مطلب »

دیود (Diode)

 

قطعه‌ای است الکترونیکی دو سر است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌دهد (در این حالت مقاومت دیود ایده‌آل صفر است) و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی (در حد بینهایت) نشان می‌دهد. این خاصیت دیود باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه ... ادامه مطلب »

موتور الکتریکی

 

موتور الکتریکی ، نوعی ماشین الکتریکی است که الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. نحوه کارکرد موتور بدین صورت است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است ... ادامه مطلب »

IC آپ امپ LM324

 

LM324 یک IC با ۱۴ پایه است. این IC در درون خود ۴ عدد تقویت کننده عملیاتی (op-amp) جای داده است بطوریکه در مداراتی که به تعداد زیادی تقویت کننده عملیاتی نیزا داریم، استفاده از LM324 بطرز چشمگیری از بزرگ و پیچیده شدن مدار جلوگیری بعمل می آید. مشخصات پین های این IC در تصویر زیر نمایش داده شده است: ... ادامه مطلب »

IC آپ امپ ۷۴۱

 

یکی از معروف ترین و پر کاربرد ترین آپ امپ ها که در قالب یک مدار مجتمع (IC) در دسترس قرار دارد، آی سی ۷۴۱ می باشد. ۷۴۱ در داخل خود یک تقویت کننده عملیاتی یا op-amp را جای داده و چیدمان پایه های آن در تصویر فوق مشخص شده که این پایه ها بصورت ذیل می باشند: پایه‌های ۴ ... ادامه مطلب »

تقویت کننده عملیاتی (op-amp)

 

ایده به کارگیری تقویت کننده‌های عملیاتی یا آپ امپ (به انگلیسی: op-amp یا Operational amplifier) اولین بار در دهه ۱۹۴۰ میلادی و در مدار کامپیوترهای آنالوگ مطرح شد. در این کاربرد با قرار دادن عناصر مختلف بین سرهای ورودی و خروجی تقوکننده عملیاتی مدارهای مختلف با کارایی‌های متفاوت طراحی می‌شد. با گسترش دامنه کاربرد الکترونیک، استفاده از تقویت کننده عملیاتی ... ادامه مطلب »

آی سی (IC)

 

یکی از قطعات الکترونیکی بسیار پرکاربرد در ساخت بسیاری از پروژه ها، آی سی ها می باشند. IC که از کلمات Integrated Circuit گرفته شده است به معنی مدارهای مجتمع می باشد. پیش از اختراع IC ها، برای ساخت مدارهای الکترونیکی از تعداد زیادی قطعه الکترونیکی استفاده می شد. استفاده از تعداد زیاد قطعات امکان ایجاد نقص در وسائل الکترونیکی ... ادامه مطلب »

ترانزیستور

 

ترانزیستور یکی از مهمترین قطعات الکترونیکیمی‌باشد. ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامداست که از مواد نیمه رساناییمانند سیلیسیمو ژرمانیمساخته می‌شود. یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای پیوند نوع Nو پیوند نوع Pمی‌باشد. ترانزیستور یک قطعه ۳ پایه است که به شکل های موجود در تصویر زیر در بازار یافت می شود. ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: ... ادامه مطلب »

کریستال (crystal)

 

کریستال، یک اسیلاتور (نوسان ساز) الکترونیکی است. قطعه ای با دو پایه که با قرار گرفتن در مدار، سیگنال الکتریکی با فرکانس بسیار دقیق تولید می کند. ادامه مطلب »

سلف (inductor)

 

سلف قطعه ای الکترونیکی ، غیرفعال (پسیو) و دوپایه است که به آن سیم پیچ یا القاگر نیز می گویند. انواع مختلفی از این قطعه را در تصویر زیر مشاهده می کنید:    عملکرد اصلی سلف ، مقاومت در برابر تغییرات جریان الکتریکی می باشد. این قطعه معمولا از رسانایی مانند یک سیم که به صورت سیم پیچ درآمده و ... ادامه مطلب »

خازن (Capacitor)

 

خازن ها قطعات پرکاربرد الکترونیکی هستند که وظیفه ذخیره انرژی الکترواستاتیکی را در میدان الکتریکی داخل خود بعهده دارد. خازن ها قطعات دو قطبی هستند و در اندازه ها و اشکال مختلف یافت می شوند. خازن ها نیز مانند مقاومت ها در دو نوع کلی ثابت و متغیر عرضه شده اند. خازنهای ثابت: این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که ... ادامه مطلب »

مقاومت (Resistor)

 

یکی از قطعات معروف و پر کاربرد در الکترونیک، مقاومت است. این قطعه بسیار پرکاربرد بوده و تقریبا در تمام وسایل الکترونیکی اشکالی از آن یافت می شود.وظیفه مقاومت در مدار، ایجاد “مقاومت الکتریکی” در شاخه یا حلقه ای از مدار است. واحد اندازه گیری مقاومت الکتریکی در سیستم SI ، “اهم” (OHM) است، بنابراین برای نشان دادن مقدار یک ... ادامه مطلب »

 

آشنایی با نقشه های شماتیک

 مقدمه

در دو بخش گذشته با نماد شماتیکی بسیاری از قطعات الکتریکی و الکترونیکی آشنا شدیم. در 90 درصد موارد با دانستن همین نمادها خواهید توانست تمامی قطعات شماتیک را شناسایی کنید. در این بخش ابتدا با روش نامگذاری و مقداردهی قطعات آشنا خواهیم شد. سپس نحوه‎ی اتصال قطعات به یکدیگر را مورد بررسی قرار می‎دهیم.

اسامی و مقادیر

کلید موفقیت در شماتیک خوانی، توانایی تشخیص قطعات از همدیگر است. تشخیص نماد هر قطعه نصف داستان است. هر نماد باید همراه با یک اسم و یک مقدار باشد تا کامل شود.

مقادیر به ما کمک می‎کنند ماهیت دقیق یک قطعه را تعیین کنیم. برای قطعاتی مانند مقاومت، خازن و سلف مقدار آنها به ما می‎گوید که هرکدام از آن‎ها به ترتیب چند اُهم، چند فاراد و یا چند هانری هستند. در مورد قطعاتی مانند مدارات مجتمع مقدار قطعه می‎تواند صرفاً نام آن تراشه باشد. در مورد یک کریستال ممکن است فرکانس نوسان آن به عنوان مقدار آن ذکر شود. معمولا مقدار یک قطعه مهم‎ترین خصوصیت آن را ذکر می‎کند.

اسامی قطعات معمولا ترکیبی از یک یا دو حرف لاتین و یک عدد هستند. حروف نوع قطعه را مشخص می‎کنند – مثلا R یعنی مقاومت و U برای مدارات مجتمع به کار می‎رود. اسم هر قطعه در یک نقشه‎ی شماتیک باید منحصربه‎فرد باشد. به عنوان مثال اگر در نقشه بیش از یک مقاومت وجود دارد نامگذاری آن‎ها بایستی به صورت زیر باشد:

R1، R2، R3 و…

هرچند که لزومی ندارد شماره‎گذاری قطعات به صورت متوالی باشد ولی بهتر است که اینطور باشد.

پیشوندهای مورد استفاده در نامگذاری قطعات در نقشه‎های شماتیک یک استاندارد مشخص دارند. در مورد بعضی قطعات این پیشوند برگرفته از حرف اول نام آن قطعه در انگلیسی است (مانند مقاومت R: Resistor). جدول زیر برخی از قطعات رایج و حروف مورد استفاده در نامگذاری آنها را فهرست کرده است.

قطعه	نام شماتیکی
مقاومت	R
خازن	C
سلف	L
کلید	S
دیود	D
ترانزیستور	Q
مدار مجتمع	U
کریستال یا نوسانگر	Y

 

با وجود این که این اسامی، اسامی استاندارد برای نامگذاری قطعات در نقشه‎ها هستند، لزوماً در همه‎ی نقشه‎ها رعایت نمی‎شوند. به عنوان مثال هر از گاهی به نقشه‎ای برمی‎خورید که در آن مدارات مجتمع با اسم IC (به جای U) مشخص می‎شوند، یا در برخی از نقشه‎ها کریستال را با اسم XTAL (به جای Y) مشخص می‎کنند. در این‎گونه موارد سعی کنید با مراجعه به نماد قطعه و سایر اطلاعات موجود در نقشه (مثلاً مقدار قطعه) نوع قطعه را تشخیص دهید.

خواندن شماتیک

با تشخیص تمام قطعات روی شماتیک بخش اعظم کار را انجام داده‎اید. حالا فقط کافی است تشخیص دهید قطعات چگونه به هم وصل شده‎اند.

سیم، گره و برچسب

سیم‎ها که در اصطلاح فنی به آن‎ها Net گفته می‎شود، نحوه‎ی سیم‎کشی مدار را مشخص می‎کنند. سیم‎ها در شماتیک به صورت خطوطی هستند که پایه‎های قطعات را به هم وصل می‎کنند.

نقطه‎ی اتصال و گره

در حالتی که دو سیم از روی هم رد می‎شوند دو حالت داریم:

یا آن دو سیم به هم وصل هستند که در آن صورت در محل اتصال یک دایره‎ی توپر کشیده می‎شود، مانند شکل زیر:

یا اینکه این دو سیم به هم وصل نیستند. در این حالت یا در محل اتصال هیچ دایره‎ی توپری گذاشته نمی‎شود یا آن که در محل اتصال در یکی از سیم‎ها یک خم نیم‎دایره‎ای شکل ایجاد می‎کنند مانند شکل زیر:

بهتر است در شماتیک‎هایی که خودتان رسم می‎کنید تا حد امکان از حالت دوم (سیم‎هایی که از روی هم رد می‎شوند ولی به هم وصل نیستند) اجتناب کنید و تا حد امکان سعی کنید سیم‎های غیرمتصل از روی هم عبور نکنند.

یک گره یک سطح ولتاژ خاص را مشخص می‎کند. به عنوان مثال گره زمین یا GND ولتاژ صفر را مشخص می‎کند و گره VCC یا VDD معمولا ولتاژ کار بخش منطقی مدار را مشخص می‎کند (3.3 ولت، 5 ولت یا …). هر پایه‎ای که با یک سیم به یک گره خاص وصل شود، ولتاژ آن برابر ولتاژ آن گره خواهد شد.

نامگذاری سیم‎‎ها

بعضی وقت‎ها برای افزایش خوانایی یک شماتیک به جای وصل کردن مستقیم دو سیم (Net) به هم، آن‎ها را نامگذاری کرده و نام آن‎ها را به صورت برچسب (Label) به آن سیم الصاق می‎کنیم. بدین ترتیب فرض می‎شود سیم‎هایی که نام یکسان دارند به وصل هستند. نام‎ها ممکن است روی سیم قرار گیرند یا به صورت یک برچسب به انتهای سیم وصل شوند.

سیم‎هایی که اسامی یکسان دارند به هم وصل هستند. نامگذاری سیم‎ها باعث می‎شود شماتیک خواناتر باشد (فرض کنید اگر خطوط شکل بالا مستقیما به هم وصل بودند چه ظاهری پیدا می‎کرد!)

نامی که به یک سیم اختصاص داده می‎شود معمولاً متناسب با نوع سیگنالی است که از آن عبور می‎کند. به عنوان مثال به خطوط ارتباط UART نام‎های RX و TX اختصاص داده می‎شود و به خطوط انتقال تغذیه نام‎های VCC یا 5V.

راهکار‎هایی برای خواندن نقشه‎های شماتیک

تشخیص بلوک‎ها

نقشه‎های بزرگ را باید بر اساس عملکرد هر بخش به بلوک‎های مختلف تقسیم کرد. ممکن است بخشی مخصوص ورود تغذیه و تنظیم ولتاژ باشد و بخشی دیگر مختص میکروکنترلر، یک بخش برای کانکتورها و یا یک بخش درایور و غیره. سعی کنید این بلوک‎ها و نیز ورودی‎ها و خروجی‎ها را شناسایی کنید. طراحان خوب معمولا شماتیک را مانند یک کتاب کنار هم می‎چینند به طوری که ورودی در سمت چپ نقشه و خروجی در سمت راست آن قرار می‎گیرد.

اگر طراح شماتیک آدم مهربانی باشد ممکن است بخش‎های شماتیک را به صورت بلوک‎های نامگذاری شده از هم جدا کند.

تشخیص گره‎های ولتاژ

گره‎های ولتاژ در واقع نماد‎های شماتیکی تک‎پایه‎ هستند که می‎توانیم پایه‎های سایر قطعات مدار را به آن‎ها وصل کنیم تا سطح ولتاژ خاصی را به آن‎ها اختصاص دهیم. به عنوان مثال تمام پایه‎هایی که به گره GND وصل هستند ولتاژشان صفر است. در اینجا نیز مانند ‎سیم‎هایی که نام یکسان دارند، سیم‎هایی که به یک گره ولتاژ مثل 5V وصل شده‎اند، در عمل و به صورت فیزیکی به هم وصل خواهند شد.

گره‎های ولتاژی که نام یکسان دارند به هم وصل هستند حتی اگر مستقیماً با سیم به هم وصل نشده باشند.

گره ولتاژ زمین (GND) خیلی پرکاربرد است چرا که بسیاری از قطعات نیاز دارند که به زمین وصل شوند.

مراجعه به برگه اطلاعات قطعات (دیتاشیت)

اگر در یک نقشه‎ی شماتیک به موردی برخورد کردید که هر کاری می‎کنید نمی‎توانید از آن سر در بیاورید، برگه‎ی اطلاعات یا اصطلاحاً «دیتاشیت» مهم‎ترین قطعه‎ی موجود در نقشه را پیدا کنید و آن را مطالعه کنید. معمولا قطعه‎ای که بیشترین کار را در یک مدار انجام می‎دهد یک مدار مجتمع (IC) است، مانند یک میکروکنترلر یا یک سنسور. معمولا این قطعه از سایر قطعات بزرگتر است و در وسط نقشه قرار گرفته است.

 

دیود

آشنایی با دیود و کاربردهای آن

مقدمه

دیود یکی از قطعات پرکاربرد الکترونیک است که از مواد اولیه نیمه رسانا ساخته شده است. به همین جهت دیود را دروازه ورود به دنیای نیمه رسانا ها میدانند. از آنجایی که مشخصه ولتاژ-جریان دیود غیر خطی است برای سادگی تحلیل و طراحی مدارات الکترونیکی از مدل ایده آل دیود استفاده میکنیم. تحلیل و طراحی مدارات الکترونیکی با استفاده از مدل ایده آل دیود تفاوت چندانی با مدل واقعی ندارد و نتایج بدست آمده بسیار به هم نزدیک هستند.

یک نمونه دیود

مدل ایده‎آل دیود

مهمترین و کلیدی ترین نکته در مورد وظیفه دیودها کنترل جهت جریان عبوری از شاخه می باشد. در مسیری که دیود در آن استفاده شده، جریان فقط در یک مسیر می تواند عبور کند که اصطلاحا به این جریان، جریان مستقیم یا Forward Current میگویند.

در مقابل جریانی که سعی در عبور از دیود در جهت مخالف دارد به وسیله دیود بلوکه شده و اجازه عبور داده نمیشود. ساده ترین مثال برای یک دیود تصور جاده ای یک طرفه برای الکترون ها است!

یک دیود معمولی در مدار مطابق شکل زیر نمایش داده میشود. هر دیود شامل دو پایه است که یکی از آن ها “آند” و دیگری “کاتد” نام دارد. جریان الکتریکی در صورتی عبور خواهد کرد که از سر آند وارد و از کاتد خارج شود یعنی در جهت فلش دیود عبور خواهد کرد. در نتیجه ولتاژ پایه آند باید “بیشتر” از ولتاژ پایه کاتد باشد. برای تشخیص پایه ها در دیود معمولا کارخانه سازنده یک نوار با رنگ متفاوت سمت پایه کاتد ایجاد میکند که قابل شناسایی است.

نوار باریک سمت کاتد

نماد دیود و پایه های آن

یادآوری: جهت قراردادی جریان از ولتاژ بیشتر(آند) به سمت ولتاژ کمتر(کاتد) است.

اگر اختلاف ولتاژ بین دو سر دیود منفی باشد( V_Anode-V_Cathode< 0) دیود اصطلاحا در ناحیه Reverse Bias یا بایاس معکوس قرار دارد وجریانی عبور نخواهد کرد و میگوییم دیود خاموش است و میتوان آن را یک سیم قطع شده در نظر گرفت.

در صورتی که اختلاف ولتاژ بین دو سر دیود مثبت باشد(V_Anode-V_Cathode > 0) دیود اصطلاحا در ناحیه Forward Bias یا بایاس مستقیم قرار دارد و دیود مثل سیم عمل کرده و جریان عبور خواهد کرد و میگوییم دیود روشن است.

به طور خلاصه ولتاژ دو سر دیود را با V_D نشان میدهیم و اگر V_DD >0 باشد جریان عبور میکند.

به یاد داشته باشید که اگر “ولتاژ آند” بیشتر از “ولتاژ کاتد” باشد دیود در ناحیه Forward Bias قرار خواهد گرفت و جریان عبور خواهد کرد.

نمودار زیر مشخصه یک دیود ایده آل می باشد. در ناحیه ای که ولتاژ دیود منفی V_DD=0). در ناحیه ای که ولتاژ دیود مساوی و بزرگتر از صفر باشد دیود جریان را هدایت میکند. دقت کنید که خط عمودی روی محور I نشان دهنده هر جریانی می باشد. این نوع نمودار مشخصه، مختص دیود ایده آل می باشد که در ولتاژ صفر هم جریان عبور خواهد کرد. یعنی وقتی دیود اتصال کوتاه میشود بین دو سر آن اختلاف ولتاژی دیده نمیشود و صفر تلقی خواهد شد، خواهیم دید که در دیود واقعی اوضاع تفاوت می کند.

مشخصه دیود ایده‎آل

جدول زیر به طور مختصر توضیحات بالا را شرح میدهد:

مشخصات دیود ایده آل
وضعیت بایاس	On (Forward biased)	Off (Reverse biased)
جریان عبوری	I>0	I=0
ولتاژ دو سر	V=0	V<0
عملکرد دیود	اتصال کوتاه	مدار باز

نمونه ای از مدارهای شامل دیود را در شکل زیر مشاهده می‌کنید:

مدارهای دیودی در حالات مختلف

در شکل سمت چپ ولتاژ آند دیود D₁ بیشتر از ولتاژ کاتد است در نتیجه جریان عبور خواهد کرد و دیود مانند یک سیم اتصال کوتاه خواهد شد در این حالت دیود در حالت بایاس مستقیم قرار دارد.

در شکل سمت راست دیود D₂ برعکس قرار گرفته و ولتاژ آند صفر شده و ولتاژ کاتد بیشتر از صفر است در نتیجه V_D

متاسفانه دیود ایده آل وجود ندارد و مطالب گفته شده برای آشنایی با دیود مطرح شد! نگران نباشید همانطور که در اوایل مقاله گفته شد دیود واقعی رفتاری بسیار شبیه به دیود ایده آل دارد.

دیود واقعی

یک دیود واقعی برای عبور دادن جریان به مقداری توان نیاز دارند و در بایاس معکوس “نمیتواند” از عبور همه جریان جلوگیری کند و یک جریان نشتی بسیار کوچک از آن عبور خواهد کرد. دیود های واقعی کمی مشخصه پیچیده تری دارند و هرکدام یک رفتار خاصی دارند. ولی در کل مانند مشخصه زیر رفتار میکنند:

منحنی مشخصه (نمودار V-I) دیود واقعی

به طور کلی در این نمودار سه ناحیه وجود دارد که در ادامه این نواحی را معرفی خواهیم کرد.

ناحیه Forward Bias

مانند ناحیه بایاس مستقیم در دیود ایده آل می باشد با این تفاوت که “ولتاژ دیود باید از یک مقداری بیشتر باشد که دیود بتواند در ناحیه هدایت قرار بگیرد” این مقدار V_f یا Forward Voltage نام دارد که در دیود های سیلیکونی 0.7V و در دیود های ژرمانیوم 0.3V مقدار دارند.

 ناحیه Reverse Bias

وقتی ولتاژ کمتر از مقدار V_f و بیشتر از مقدار V_Br باشد دیود خاموش بوده و در ناحیه بایاس معکوس قرار دارد. طبق مشخصه مقدار بسیار کمی جریان نشتی در جهت مخالف از آن عبور میکند که در حدود نانو آمپر می باشد. این جریان Reverse Saturation Current نام دارد.

ناحیه Breakdown

وقتی ولتاژ دیود از یک مقدار آستانه ی V_Br منفی تر شود دیود توانایی بلوکه کردن جریان را از دست میدهد و جریان بسیار زیادی در جهت مخالف دیود عبور خواهد کرد. این ولتاژ آستانه Breakdown Voltage نام دارد. درواقع بعضی از دیود ها برای کار در همین ناحیه شکست طراحی و ساخته شده اند که در قسمت بعدی شرح داده خواهد شد اما دیود هایی که محدودیت دارند در این ناحیه آسیب خواهند دید. معمولا دیود ها ناحیه شکستی بین 50V- تا 100V- دارند.

مشخصاتی که قبلا در مورد آنها توضیح داده شد به طور کامل و مستند در Datasheet مربوط به هر قطعه قرار دارد. قبل از کاربرد یک دیود در مدار الکترونیکی توصیه می شود حتما به Datasheet آن قطعه مراجعه کنید و اطلاعات لازم را کسب کنید.

برای نمونه مشخصات یک دیود معمولی به نام 1N4148 در تصویر زیر ذکر شده. ملاحظه میکنید که بیشترین مقدار ولتاژ دیود در بایاس مستقیم 1000mV یا همان 1V و ولتاژ شکست دیود 100V- است.

دیتاشیت مربوط به دیود 1N4148

یکی از بهترین وسیله ها برای نمایش اطلاعات مربوط به قطعات نمودار های لگاریتمی است که در یک نگاه اطلاعات کاملی  مربوط به رفتار دیود قابل نمایش است. در دیتاشیت دیود، نموداری مربوط به جریان مستقیم (I_f) و ولتاژ مستقیم (V_f) قرار داده شده است. با استفاده از این نمودار می توان پی برد که این دیود برای جریان های مستقیم 200mA و کمتر مناسب می باشد.

نمودار مربوط به جریان و ولتاژ دیود

 

 

خازنها

خازن چیست؟چه کاربردهای دارد؟ انواع آن چگونه است؟

خازن قطعه الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند.
این قطعه از دو صفحه فلزی تشکیل شده که در کنار یکدیگر به صورت موازی قرار گرفته اند.
بین این دو صفحه فلزی یک صفحه عایق قرار می گیرد، که به آن دی الکتریک می گویند.

نماد خازن

خازن ها که در زبان انگلیسی با نام capacitor شناخته می شوند.
در نقشه مدارهای الکترونیکی به صورت یکی از سمبل های زیر نشان داده می شود.(بستگی به نوع آن دارد)
این قطعه در مدار های الکترونیکی با حرف C نمایش داده می شود.

واحد اندازه گیری

هر خازن مقدار مشخصی از انرژی را می تواند در خود ذخیره کند.
میزان ذخیره انرژی در خازن را با واحد فاراد اندازه گیری می کنند.
خازن های موجود در مدار های الکترونیکی  در رنج های پیکو فاراد، نانو فاراد، و میکرو فاراد عرضه شده اند.

 

انواع خازن:

 

خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: "فاصله صفحات" ، "سطح صفحات" و "نوع دی الکتریک". اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود "واریابل" نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن "تریمر" گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل 10 تا 400 پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

 

 

خازنهای سرامیکی

خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 5 پیکو فاراد تا 1/0 میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای 100 مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازنهای کاغذی

دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها "پلی استر" گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 01/0 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

 

 

خازنهای الکترولیتی

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند.

خازن آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود "آند" نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

انواع خازن

این قطعه بسته به نوع ساختمان آن یعنی نوع ماده به کار برده شده در دی الکترویک و صفحه های فلزی آن، انواع مختلفی دارد.
این قطعه معمولا با ساختار  به کار برده شده در دی الکتریک آن نام گذاری می شود. مانند: پولی استر، سرامیکی، الکترولیت، میکا و …

 

چرا خازن را در انواع مختلف می سازند؟

با تغییر نوع دی الکتریک و جنس صفحه در این قطعه نوع بعضی از پارامتر ها تغییر می کنند.
مثل: افزایش یا کاهش ولتاژ قابل تحمل.
تغییر سایز ، ظرفیت ، مقاومت داخلی ، حداکثر جریان ، نشتی و غیره

کاربرد های خازن

خازنها در مدارهای الکترونیکی نقش های متفاوتی بازی می کنند.
مثلا:  در یک منبع تغذیه می تواند ، وظیفه تبدیل ولتاژ AC (متناوب) به ولتاژ DC (مستقیم)  را بر عهده گیرد.
یا در برد های الکترونیکی برای حذف نویز به وجود آمده در مسیر های مسی  استفاده  شود.
خازنها در جاهای که نیاز به ایجاد تاخیر است، استفاده می شود.(تایمر چراغ راه پله)
و یا در برخی از مدارهای نوسان ساز (چشمک زن) این قطعه را می توان یافت.
خازنها در مدار های صوتی بسیار به چشم می خورد.
که یا به صورت فیلتر صوتی عمل می کنند.
و یا برای حذف ولتاژ DC از سیگنال صوتی کاربرد دارند.

تست خازن توسط مولتیمتر

اما در صورتی که مولتیمتر قابلیت اندازه گیری خازن را نداشت، چگونه میتوان صحت یا خرابی آن  را تست نمود.
سکتور مولتی متر را روی مقاومت R گذاشته و فیش های قرمز و مشکی مولتیمتر را به پایه های مثبت و منفی خازن متصل کنید. سپس مقدار اهمی در محدوده  MΩ نمایش داده میشود. زیرا خازن توسط باتری مولتیمتر شارژ شده و جریانی در خازن جاری میشود و مقاومت مشاهده میگردد. در صورتی که مقدار صفر نشان دهد یا وقتی مولتیمتر را روی حالت بوق یا بازر باشد، صدا بوق شنیده شود، خازن اتصال کوتاه شده یا خراب میباشد. شکل زیر

مقاومتها

آشنایی با مقاومت و کاربردهای آن

مقدمه

مقاومت، ساده‌ترین و در عین حال یکی از متداول‌ترین و ضروری‌ترین قطعات الکترونیک است که شما تقریباً در هر مداری می‌توانید نمونه‌های آن را ببینید. مقاومت‌ها در شکل‌ها و اندازه‌های متفاوتی ساخته می‌شوند.

مقاومت‌ها از نظر شکل پایه‌ها می‌توانند از نوع SMD (قطعات نصب سطحی) یا Through-Hole (پایه دار) باشند. همچنین مقاومت‌ها از نظر ساختار و نوع کاربرد نیز به انواع دیگری مثل مقاومت‌های آرایه‌ای، مقاومت‌های متغیر یا مقاومت‌های توان بالا تقسیم می‌شوند. در شکل‌های زیر می‌توانید شکل واقعی چند نوع از آن‌ها را ببینید.

مقاومت آرایه‌ای. چندین مقاومت در یک پکیچ قرار دارند.

انواع مقاومت متغیر

مقاومت آجری. نوعی مقاومت با توان بالا

مقاومت وابسته به نور (LDR) که به آن فتوسل نیز گفته می‌شود.

مقاومت‌های SMD

مقاومت کربنی

یکی از رایج‌ترین انواع مقاومت‌ها «مقاومت کربنی» نام دارد. این نوع مقاومت‌ها فرم استوانه‌ای شکل دارند که مطابق شکل‌های زیر، درون محفظه‌ی استوانه‌ای شکل یک رشته از ماده‌ای رسانا مثل کربن به صورت مارپیچ دور یک ماده‌ی عایق پیچیده شده است و لایه بیرونی از جنس رنگ یا پلاستیک آن را از محیط بیرون عایق می‌کند. توجه کنید که هرچه دورهای ماده‌ی رسانا بیشتر باشد مقاومت بیشتری ایجاد می‌شود.

ساختار داخلی مقاومت کربنی

کاربردهای مقاومت

مقاومت‌ها به عنوان یکی از اساسی‌ترین قطعات الکترونیکی کاربردهای بسیار زیادی در دنیای الکترونیک دارند که در ادامه به چند مورد از رایج‌ترین کاربردهای آن اشاره می‌کنیم.

محدود کردن جریان

استفاده از مقاومت در مدارهای الکترونیک می‌تواند جریان را محدود کند. طبق قانون اهم اگر ولتاژ دو سر یک رسانا ثابت باشد می‌توانیم با تغییرات مقدار مقاومت مسیر، جریان را تحت کنترل درآوریم.

تقسیم ولتاژ

با استفاده از مقاومت می‌توانیم سطح ولتاژ را برای قسمتی از مدار کاهش دهیم. فرض کنید که از یک باطری 5V برای تغذیه یک مدار استفاده می‌کنیم ولی یک قسمتی از مدار به ولتاژ کمتری احتیاج دارد. در این شرایط مقاومت می‌تواند ولتاژ پایین‌تری که مورد نیاز می‌باشد را تامین کند.

شبکه‌های مقاومت، خازن، سلف

مقاومت‌ها می‌توانند با سایر قطعات پایه‌ی الکتریکی تشکیل شبکه‌های خاصی بدهند که در مصارف مخابراتی و ابزارهای اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خواندن مقدار مقاومت از روی کد رنگی

شاید از خود پرسیده باشید رنگ هایی که بر روی مقاومت حک شده چه کاربردی دارد؟! شما می‌توانید مقدار مقاومت و خطای این مقدار را از کدهای رنگی که روی مقاومت بخوانید.

اکثر مقاومت‌های موجود دارای 4 نوار رنگی هستند که 3 نوار اول نشانگر مقدار مقاومت و نوار آخری نشان دهنده‌ی خطای مقاومت است. طبق جدول زیر رنگ نوار اول و دوم، رقم اول و دوم مقدار مقاومت و نوار سوم تعداد صفرهای مقابل این دو رقم را مشخص می‌کند. رنگ نوار آخر نیز میزان خطا یا اصطلاحاً تلرانس (Tolerance) مقاومت را نشان می‌دهند. با یک مثال متوجه ساده بودن این مبحث خواهید شد.

فرض کنید می‌خواهیم مقدار مقاومت اوّلی در تصویر بالا با 4 نوار را محاسبه کنیم:

1. نوار اول رنگ سبز دارد، پس رقم اول طبق جدول عدد 5 است.
2. نوار دوم رنگ آبی دارد، پس رقم دوم طبق جدول عدد 6 است.
3. نوار سوم که گفته شد تعداد صفرهای مقابل دو رقم بالا است، نارنجی است. طبق جدول نارنجی نشانگر عدد 3 است.
4. نوار چهارم طلایی است که نشانگر تلرانس مقاومت است طبق جدول ±5% تلرانس دارد.
5. با قرار دادن اعداد بالا مطابق آنچه گفته شد داریم:

لازم است بدانید مقادیر مقاومت‎ها استاندارد مشخصی دارند که شکل زیر این مقادیر استاندارد برای تُلرانس‎های مختلف را بیان می‎کند. به عنوان مثال طبق این استاندارد مقاومتی به مقدار 230 اهم برای هیچ تلرانسی وجود ندارد.

توان مقاومت‌ها

عملکرد مقاومت در برابر جریان، عملکردی مثل ترمز در اتومبیل است و همانند اصطکاک مکانیکی که در اثر ترمز بوجود می آید مقاومت نیز جریان را مهار می‌کند و در اثر اصطکاک الکتریکی انرژی جریان را کاهش می‌دهد، این انرژی به صورت گرما در مقاومت تلف می‌شود. توان نامی یک مقاومت عبارت است از بیشینه توانی که مقاومت می‌تواند تلف کند.  این بدان معنی است که اگر توان تلف شده بیشتر از این مقدار باشد در اثر حرارت مقاومت سوخته و از کار می افتد.

بر خلاف مقدار مقاومت و تلرانس، توان را دیگر از شکل ظاهری نمی‌توان تعیین کرد! ولی اندازه مقاومت میتواند معیاری کیفی برای بیان توان آن باشد(مقاومت با اندازه بزرگ توان بیشتری نسبت به مقاومت با اندازه کوچک دارد). برای اینکه تضمین کنید مقاومت شما در مدار آسیب نمیبیند باید محاسبات لازم برای حداکثر جریان عبوری و ولتاژ دو سر آن را قبل از پیاده سازی انجام دهید. لازم است بدانید توان نامی مقاومت، توانی است که مقاومت به طور لحظه‌ای می تواند تحمل کند و ممکن است در طولانی مدت آسیب ببیند پس به این منظور توان مصرفی را در محاسبات کمتر از توان نامی آن در نظر بگیرید. رابطه محاسبه توان مصرفی در یک مقاومت حاصلضرب ولتاژ دو سر مقاومت در جریان عبوری از آن است:

به عنوان مثال فرض کنید می‌خواهیم جریان عبوری از دیود نورافشان در مدار زیر به 30mA محدود شود و مقاومت R1 آسیب نبیند.

توان مصرفی در R1 را محاسبه می‌کنیم. پیش‌تر گفتیم که توان مصرفی حاصلضرب ولتاژ دو سر مقاومت در جریان عبوری از آن است، با صرف نظر از افت ولتاژ در دیود داریم:

توان مقاومت مورد استفاده‌ی ما باید از 0.36W بیشتر باشد تا آسیبی نبیند. به این منظور از مقاومت‌های استاندارد 0.5W می توان استفاده کرد.

ترکیب مقاومت‌ها به صورت سری و موازی

گاهی اوقات ما نیازمند آن هستیم که با ترکیب مقاومت‌ها به صورت سری یا موازی مدار مورد نظرمان را پیاده کنیم. گاهی اوقات نیز طراحی مدارهای پیچیده ما را مجبور به محاسبه‌ی مقاومت معادل یک شبکه‌ی مقاومتی می‌کند.

ترکیب مقاومت‌ها به صورت سری

مدار زیر را در نظر بگیرید. در این مدار سه مقاومت به صورت سری به هم متصل شده‌اند. در این صورت می توان این سه مقاومت را معادل با یک مقاومت در نظر گرفت که مقدار این مقاومت مساوی با جمع مقادیر این سه مقاومت است.

در مقاومت های سری این را به یاد داشته باشید که جریان عبوری از همه مقاومت ها برابر است. ولی ولتاژ دو سر آن ها متناسب با مقدار مقاومت تقسیم می‌شود. یعنی هرچقدر مقدار مقاومت بیشتر باشد سهم ولتاژ بیشتری دارد.

ترکیب مقاومت‌ها به صورت موازی

مدار زیر نمونه‌ای از ترکیب موازی مقاومت‌ها است. در این صورت برای محاسبه‌ی مقاومت معادل مطابق روابط زیر عمل می‌کنیم:

در مقاومت‌های موازی این را به یاد داشته باشید که ولتاژ دو سر همه‌ی مقاومت ها برابر است ولی جریانی که از هر یک عبور می‌کند متناسب با عکس مقدار مقاومت تقسیم می‌شود. یعنی هرچقدر مقدار مقاومت بیشتر باشد به همان نسبت جریان کمتری از خود عبور می‌دهد.

مثالی از کاربرد مقاومت به عنوان تقسیم کننده‌ی ولتاژ

در مدار زیر ما یک منبع تغذیه یا باتری 9 ولتی داریم. برای اینکه بتوانیم ولتاژ کمتری که مورد نیاز ماست (مثلاً 6 ولت) ایجاد کنیم از دو مقاومت استفاده کرده‌ایم که با توجه به معادلات زیر مقدار مقاومت‌ها تعیین کننده‌ی ولتاژ مورد نیاز ما هستند.

چون مقاومت‌ها به صورت سری قرار گرفته‌اند معادل کل آن‌ها را محاسبه می‌کنیم:

سپس جریان عبوری از دو مقاومت را محاسبه می‌کنیم (به یاد داریم که طبق نکات قبلی جریان عبوری از مقاومت‌های سری یکسان است):

برای به دست آوردن ولتاژ V1 که طبق رابطه زیر برابر با ولتاژ دو سر مقاومت R2 است از قانون اهم استفاده می‌کنیم:

مقاومت متغیر یا پتانسیومتر

بعضی از مدارهای الکترونیک از مقاومت‌های متغیر استفاده می‌کنند که به طور دستی توسط کاربر مقدار آن تغییر می‌کند. مثل گیرنده‌های رادیو، دستگاه‌های صوتی و بسیاری از دستگاه‌های پیرامون شما. ولوم رادیو یا دستگاه‌های پخش صوت ملموس‌ترین نمونه‌های پتانسیومتر هستند. به همین دلیل معمولاً به پتانسیومترهای خاص مورد استفاده در رادیو و دستگاه‌های صوتی «ولوم» گفته می‌شود.

مقاومت‌های متغیر معمولاً دارای سه پایه هستند که دو پایه ی آن در دو سر یک مقاومت ثابت است و پایه سوم به صورت متحرک بین دو سر مقاومت حرکت می‌کند (ممکن است حرکت دورانی، خطی یا مکانیزم هایی غیر از این‌ها داشته باشد ولی اساس کار یکسان است). تصویر زیر می‌تواند این موضوع را روشن‌تر نمایش دهد.

همانطور که در شکل می‌بینید دو پایه‌ی شماره 1 و 3 ثابت هستند و پایه‌ی دوم روی رسانای دایره‌ای شکل حرکت می‌کند. توجه کنید که حرکت پایه‌ی دوم به صورت مکانیکی توسط کاربر باید انجام شود. به طور مثال فرض کنید پتانسیومتر بالا مقدار 10kΩ داشته باشد. و پایه متحرک مطابق شکل توسط کاربر در وسط قرار گرفته در این صورت مقاومت بین پایه های 1 و 2 برابر با 5kΩ یعنی نصف مقدار بیشینه خواهد بود (می توانیم از پایه های 3 و 2 نیز استفاده کنیم). این خاصیت برای پتانسیومترهایی صدق می‌کند که خاصیت خطی دارند و «پتانسیومترهای خطی» نامیده می‌شوند. منظور از خطی این است که به هر نسبتی که شما پتانسیومتر را بچرخانید، به همان اندازه هم مقاومت تغییر می‌کند.

همیشه یه یاد داشته باشید که اگر پایه‌ی متحرک، کاملاً به یکی از پایه‌ها برسد مقاومت بین آن‌ پایه و پایه‌ی متحرک صفر خواهد شد که این وضعیت در صورت غفلت شما موجب عبور جریانی شدید از پتانسیومتر خواهد شد که موجب سوختن پتانسیومتر و سایر عناصر در مسیر جریان خواهد شد. توصیه می‌کنم برای طراحی مدارهای دارای پتانسیومتر برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار، یک مقاومت مناسب با آن سری کنید.

شکل زیر یک مدل پتانسیومتر را نشان می‌دهد که با چرخاندن پیچ می‌توان مقاومت دلخواهی از صفر اهم تا مقدار بیشینه‌ی آن ایجاد کرد.

مقاومت متغیر (ولوم)