آشنایی با قطعات الکترونیکی

معرفی کلی قطعات الکترونیکی

آی-سی ها یا همان مدارات مجتمع(اینتگراتد سرکویت) انواع بسیار مختلفی دارند بعضی ها راه انداز بعضی تقویت کنند بعضی آشکارساز و بعضی ها مبدل هستند.

1-آی-سی ها:
آی-سی ها یا همان مدارات مجتمع(اینتگراتد سرکویت) انواع بسیار مختلفی دارند بعضی ها راه انداز بعضی تقویت کنند بعضی آشکارساز و بعضی ها مبدل هستند.
تکنولوژی الکترونیک با سرعتی فراتر از تصور در حال پیشرفت است. آی سی ها را امروزه در صنایع نظامی کاربد بسار بسیار وسیعی داشته و داشته اند. آی سی ها را امروزه به صورت smd یا ریز هم میسازند

2- ترانزیستور ها:

ترانزیستور ها نسل ماقبل آی سی ها بودند که با مزایایی که داشتند امروزه هم مورد استفاده قرار میگیرند! انواع مختلفی از ترانزیستور ها وجود دارد که بازهم کارهای مختلفی را انجام میدهند مثل تقویت! در واقع هرکاری را که آی سی میتواند انجام دهد ترانزیستور ها هم میتوانند با این تفاوت که در مداراتی که با آی سی ساخته میشوند حجم مدار به شدت کوچک میشود. ترانزیستورها هم دو نمونه ساخته شدند نسل قدیم که bjt بودند و نسل جدید که fet هستند. البته امروزه هر دو نسل تولید میشوند.

3-دیود ها:

دیود ها هم سال ها قبل ترانزیستورها هستند یعنی ترانزیستور ها در واقع از دیود ها ساخته میشوند.انواع مختلفی هم دارند.کارهایی مختلفی هم انجام میدهند معمولا دانش آموزان دیود را به عنوان یکسو ساز میشناسند دیود ها انواع بسیار متعددی دارند که دیود های نورانی یا led ها بسیار جذاب هستند که بچه های کوچک بسیار دوست دارند.

4-سلف ها:

سلف یا بوبین یا سلونویید از پیچش یک سری دور از سیم مشخص بر روی یک هسته ساخته میشود امروزه بسیار کم از سلف ها استفاده میشود سلف ها حجیم هستمد و در عین حال گران قیمت از کارهایی که سلف ها انجام میدهند میتوان در ساخت ف ی ل ت رها ی فرکانسی یاد کرد.

5- مقاومت:

مقاومت عنصری از الکترونیک هست که همیشه بوده و هست و به نسبت ارزانتر از همه هست. انواع مختلفی از مقاومت ها وجود دارد که اهم های مختلفی دارند همچنین دارای وات های مختلفی هستند. مقاومت های سیمی قبلا ساخته میشدند امروزه مقاومت های کربنی بیشتر مورد استفاده هستند.
مقاومت ها هم دو نمونه هستن(کلا) مقاومت های ثابت و مقاومت های متغیر

6- خازن ها:

خازن ها هم به عنوان ذخایر انرژی الکتریکی شاید بتوان گفت در مدارها مورد استفاده قرار میگیرند. خازن ها دارای انواع بسار متعددی هستن اما در کل مثل مقاومت ها به دو مدل ثابت و متغیر ساخته میشوند . خازن های متغیر در مدارات فرکانسی استفاده میشوند و همچنین خازن ها ثابت هم به گونه های مختلف عدسی -سرامیکی و الکترولیتی تقسیم میشوند.
الکترونیک چیست؟

الکترونیک یه علم میشه گفت جدید هستش که با توجه به جدید بودنش سرعتی فراتر از دیگر علوم داشته( از لحاظ پیشرفت).علم الکترونیک به برسی قطعات الکترونیک, کاربرد های اونا در صنعت و زندگی روزمره میپردازه. به توجه به شناخت تمام قطعات و نحوه عملکرد اونا ما میتونیم مدارهای مختلفی بسازیم که به دنبال اون دستگاههای جدید و پیشرفته به وجود میان. مثل همین کامپیوتر!
در الکترونیک ما چند تا تعریف داریم که لازم میدونم که اونا رو بگم:

1- تعریف ولتاژ

ولتاژ رو اسمشو حتما شنیدید! ولتاژ به طور عامیانه تعداد الکترون های موجود در یک سیم رو میگن, اما تعریف علمیش میشه عاملی که باعث به وجود آمدن جریان الکتریکی میشه! با حرف لاتین v هم علامت گذاری میشه

2- جریان الکتریکی یا آمپر

آمپر یا شدت جریان عبارت است از سرعت عبور الکترون ها از سیم! تعریف علمیش میشه: به یک کولن الکتریسیته که از یک نقطه از سیم عبور میکنند یک آمپر میگیم و با حرف i هم مشخص میشه

3- توان یا وات

وات با ولت فرق میکنه بیشتر کسانی رو که من میبینم(عوام) اشباها ولت را با وات یکی میدونند که این اشتباست! وات یا همان توان عبارت است از مقدار کاری که دستگاه میتونه انجام بده- به طور عامیانه همون انرژی یا (زور) بهش میگن با حرف لاتین p هم مشخصسش میکنن!

4-مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی همون طور که از اسمش پیداست عبارت است از مخالفت در برابر عبور جریان الکتریکی! همه عناصر طبیعت یه مقاومتی دارنئ که عایق ها دارای بیشترین مقاومت هستند و رسانا ها دارای کمترین مقاومت مقاومت را با اهم نشان میدهند

رابطه بین مقاومت الکتریکی با ولتاژ الکتریکی و جریان الکتریکی رو قانون اهم میگن که بنیادی ترین قانون در رشته برق هست!

R=v/i
جریان مستقیم و متناوب

تا به حال هر چه گفتیم راجع به جریان مستقیم بود یعنی جریانی كه دامنه و جهت آن نسبت به زمان ثابت است به زبان ساده تر اینكه مقدار جریان عبوری از مدار و جهت حركت الكترونها ثابت بوده و با گذشت زمان هیچ تغییری نمیكند.

جریان متناوب

تعریف : جریان متناوب جریانی است كه مقدار و جهت آن نسبت به زمان دائماً در حال تغییر است. به زبان ساده تر اینكه مقدار جریان دائماً كم و زیاد میشود و جهت حركت الكترونها هم عوض میشود (از ماكزیمم به صفر و از صفر به مینیمم میرسد).

سوال :

چگونه مقدار جریان تغییر میكند در صورتیكه عناصر مدار ثابت هستند ؟

جواب :

ولتاژ منبع تغذیه دائما در حال تغییر (متناوب ) است به همین جهت در مقدار جریان تاثیر میگذارد.

سوال :

جهت الكترونها چگونه عوض میشود ؟

میدانید كه الكترونها همیشه از قطب منفی به سمت مثبت حركت میكنند . در منبع تغذیه متناوب مثبت و منفی آن (پلاریته ) دائما در حال تغییر است یعنی اگر خروجی منبع تغذیه ما دو سیم داشته باشد مثلا به رنگهای قرمز و سیاه در یك لحظه زمانی سیم قرمز مثبت و سیم سیاه منفی است و در لحظه ای دیگر عكس این حالت وجود دارد یعنی جای قطب مثبت و منفی دائما عوض میشود پس جهت حركت الكترونها هم كه از قطب منفی به مثبت است دائما عوض میشود .

معروف ترین جریان متناوب جریان متناوب سینوسی است .

در نمودار روبرو مشخص است كه در لحظه 1 ثانیه جریان صفر، در لحظه 5/1 ثانیه 5- آمپر و در لحظه 5/2 ثانیه 5 آمپر است .

سیكل چیست ؟

كوچكترین قسمت موج كه دائماُ تكرار میشود یك سیكل نام دارد مثلا در شكل روبرو از لحظه صفر ثانیه تا لحظه 2 ثانیه یك سیكل است كه تا بینهایت تكرار میشود .

فركانس چیست ؟

به تعداد سیكل هایی كه در یك ثانیه تولید میشود فركانس گویند كه واحد آن هرتز است . مثلاً در شكل بالا فركانس 5/0 هرتز است .

نكته :

برقی كه در خانه های ما استفاده میشود همین جریان متناوب است كه فركانس آن 50 هرتز میباشد. یعنی جریانی كه از یك لامپ عبور میكند ثانیه ای 100= 50×2 بار صفر میشود پس چه انتظاری دارید حتماُ انتظار دارید كه لامپ در هر ثانیه 100 بار خاموش و روشن شود ولی این عمل صورت نمیگیرد چون لامپ بر اساس گرما تولید نور میكند اگر بخواهیم كه یك لامپ را ثانیه ای صد بار خاموش و روشن كنیم باید بتوانیم در یك ثانیه صد بار لامپ را گرم و صد بار سرد كنیم . ولی گرما چیزی نیست كه در مدت 1 صدم ثانیه صفر شود پس مدتی طول میكشد كه دفع شود و تا آن مدت لامپ دوباره روشن میشود .

1-آی-سی ها:

IC از دو کلمه انگلیسی (integrated circuit) گرفته شده که به معنی مدارهای مجتمع می باشند

مدارهای الکتریکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل شده اند که فضای زیادی را اشغال می کنند اختراع مدارهای مجتمع این مشکل مدارات الکتریکی و نیز کا هش توان الکتریکی بالای آنها را جبران کرد از دیگر مزایای مدارات مجتمع سرعت بالای آن نسبت به مدارات الکتریکی است.

مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای دوقطبی (BJT: Bi Junction Transistor) باشند را با نام Transistor Transistor Logic) TTL) و مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای NMOS و PMOS هستند را(Cmos(Complementry Metal Oxide Semiconductorمینامند.ترکیب این دو تکنولوژی را با نام BiCmos می‌شناسند. در مقابل مدارهای مجتمع، مدارهای گسسته وجود دارند که شامل قطعاتی مجزا هستند که به هم روی یک برد متصل شده‌اند.

در ساخت ICها طراحان سعی می‌کنند تا حد امکان از ترانزیستور استفاده کنند. مثلاً بجای خازن از از ترانزیستور در بایاس معکوس استفاده می‌کنند. و یا در جایی دیگر که مقاومت بزرگی نیاز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزیستور استفاده می‌کنند.چون در حجمی که مقاومت می‌گیرد می‌توان چند ترانزیستور جای داد.

بعضی از IC‌ها به گونه‌ای از لایه‌های سیلیکون بهره می‌برند که می‌توانند حتی به عنوان حافظه مورد استفاده قرار گیرند نمونه‌ای از این ICها PROM نام دارد (حافظهٔ قابل برنامه‌ریزی فقط‌خواندنی: Programmable Read Only Memory) همانگونه که از اسم این نوع تراشه معلوم است فقط اطلاعات آن قابل خواندن است و امکان تغییرات در آن وجود ندارد از این نوع ای سی برای مدارات اصلی کامپیوتر نیز استفاده می‌شود همان قسمت از حافظه که به آن ROM نیز می‌گویند.

2- ترانزیستور ها:

ترانزیستور را معمولاً به عنوان یکی از قطعات الکترونیک می‌‌شناسند. ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم (سیلیکان) ساخته می‌شود.

کاربرد

ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در آنالوگ می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ... استفاده کرد. کاربرد ترانزیستور در الکترونیک دیجیتال شامل مواردی مانند پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ... می‌شود.به جرات می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

عملکرد

ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان‌های دیگر مانند مقاومت‌ها و ... جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

انواع

دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثزمیدان یا FET‌ها نیز خود به دو دسته ی ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) و MOSFET‌ها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.

ترانزیستور دوقطبی پیوندی

در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود.

ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET)

در ترانزیستورهای JFET(Junction Field Effect Transistors( در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دو پایه سورس و درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type. از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند.نواحی کار این ترانزستورها شامل "فعال" و "اشباع" و "ترایود" است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

انواع ترانزیستور پیوندی

pnp

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn

شامل سه لایه نیم‌ هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعه ی pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.


ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه است. یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور. به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است. دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفاً دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم. میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.


امیتر که به شدت آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.



بازسازی اولین ترانزیستور جهان

طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کار pnp هم دقیقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند. حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.

الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مولفه بسیار کوچک است.


شیوه ی اتصال ترازیستورها

اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است. جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.


اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است. این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.


اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.

ترانزیستور اثر میدان MOS

این ترانزیستورها نیز مانند Jfet‌ها عمل می‌کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است. همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.

به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده می‌کنند Bicmos می‌گویند.

البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند. بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می‌‌روند AMB


ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی - فت


ترانزیستور اثر میدانی ( فت ) - FET همانگونه که از نام این المام مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی ، جریان عبوری از FET کنترل می شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ کونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.

فت دارای سه پایه با نهامهای درِین D - سورس S و گیت G است که پایه گیت ، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می نماید. فت ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند. در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می کند . FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.

نوع دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی MOSFET ها هستند ( ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor ) یکی از اساسی ترین مزیت های ماسفت ها نویز کمتر آنها در مدار است.

فت ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر ، نخست پایه گیت را پیدا می کنیم. یعنی پایه ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.

3-دیود ها:

دیود چیست ؟ از اتصال دولایه p & n دیود درست می شود

1- بعد از پیوند نیمه هادی نوع p & n کنار یکدیگر ، الکترونهای آزاد و حفره ها از محل پیوند عبور کرده ، با هم ترکیب می شوند و تشکیل یک لایه سد یا عایق می دهند .

2- یک منطقه تخلیه در محل پیوند ها ایجاد می شود که فاقد الکترونهای آزاد و حفره ها می باشد ، لکن اتمهایی که الکترون از دست داده و یا گرفته اند ، در دو طرف لایه سد و در منطقه تخلیه وجود دارند .

3- اتمهای یونیزه شده ، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود ۰.۲ ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود ۰.۶ ولت است .

4- سد پتانسیل باعث که از حرکت و ترکیب بیشتر الکترونها و حفره ها در لایه سد جلوگیری به عمل آید .

5- کریستال نیمه هادی نوع p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد .

بایاس دیود

وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .

بایاس مستقیم

اگرنیمه هادی نوع p به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع n به قطب منفی آن وصل شود و ولتاژ از پتانسیل سد دیود بیشترباشد ، در مدار جریان بر قرار خواهد شد .


بایاس معکوس

اگر قطب مثبت باتری به نیمه هادی نوع n وصل شود و قطب منفی باتری به نیمه هادی نوع p وصل شود ، جریانی در مدار نخواهیم داشت .


تست دیود

همانطور که گفته شد اگر دوید در بایاس موافق یا معکوس قرار بگیرد جریان را از خود عبور می دهد و ما می توانیم دیود را با یک مدار ساده سری کنیم ( البته با رعایت قطبهای دیود و باتری ) اگر مدار شروع به کار کرد پس دیود سالم است و در غیر این صورت دیود سوخته شده است .


انواع دیود ها

1- دیود اتصال نقطه ای

2- دیود زنر

3- دیود نور دهنده LED

4- دیود خازنی ( واراکتور )

5- فتو دیود

دیود اتصال نقطه ای

دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی ( حدود PF ) می کنند . اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند . چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم


دیود زنر

دیود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N ساخته می شود . اگر یه دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف ، شروع به هدایت می کند ، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها را کنترل کرد

ولتاژ زنر : ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادی می شود به ولتاژ زنر معروف است .


دیود نوردهنده LED

این دوید از دو نوع نیمه هادی P & N تشکیل شده است . هر گاه این دیود ، در بایاس مستقیم ولتاژی قرار گیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نور تولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد . این لامپ چند مزایا بر لامپ های معمولی دارد که عبارتند از :

1- کوچک بودن و نیاز به فضای کم

2- محکم بودن و داشتن عمر طولانی ( حدود صد هزار ساعت کار )

3- قطع و وصل سریع نور

4- تلفات حرارتی کم

5- ولتاژ کار کم ، بین ۱.۷ ولت تا 3.3 ولت

6- جریان کم حدود چند میلی آمپر با نور قابل رویت

7- توان کم ، حدود ۱۰ تا ۱۵۰ میلی وات


دیود خازنی ( واراکتور )

این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد


فتو دیود

این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P & N ، جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ، بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .

4-سلف ها:

عمل ژنراتوری

عکس پدیده مزبور یعنی موتوری عمل ژنراتوری است . به همان ترتیبی که بر سیم حامل جریان در یک میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود . چنانچه یک سیم هادی را در یک میدان مغناطیسی به نحوی حرکت دهیم که خطوط قوای مغناطیسی را قطع نماید تولید جریان می شود که به آن جریان القائی گویند.

شارژ و دشارژ

همانند خازن سیم پیچ هم قابلیت شارژ و دشارژ دارد. با این فرق که انرژی در سیم پیچ به صورت الکترو مغناطیسی ذخیره می شود. در صورتی که انرژی ذخیره شده در خازن از نوع الکترواستاتیکی است.

 

 آشنايي با سلف يا بوبين

اگر مقداري سيم هادي روپوش دار به دور محور يا هسته اي پيچانده شود سلف يا سيم پيچ يا بوبين به وجود مي آيد. چنانچه سيم ضخيم باشد ديگر به هسته به عنوان تكيه گاه سيم نيازي نخواهد بود. از هسته علاوه بر اثرات القايي به جاي تكيه گاه جهت پيچاندن و نگهداري سيم استفاده مي شود. در صورتي كه سيم نازك باشد مي توان از استوانه هاي كاغذي يا مقوايي يا هر عايق ديگري استفاده كرد.

سلف هايي را كه هسته ي فلزي دو يا چند سر دارند اغلب داراي تعداد دور استاندارد هستند در اصطلاح چوك مي گويند. چوك ها معمولا حفاظ خارجي دارند مانند چوك مهتابي، چوك بلند گو و... از چوك مهتابي در مصارف برقي و از چوك بلندگو در مصارف الكترونيكي استفاده مي شود.

تفاوت خازن و سلف در اين است كه خازن الماني است كه انرژي الكتريكي را توسط ميدان الكترواستاتيكي "بار الكتريكي" در خود ذخيره مي كند و از صفحات هادي و عايق بين آنه ها كه دي الكتريك ناميده مي شود تشكيل شده است اما سلف الماني است كه انرژي الكتريكي را توسط ميدان الكترو مغناطيس در خود ذخيره مي كند و از دو قسمت اصلي سيم پيچ و هسته تشكيل شده است.

هسته در سلف  قسمتي است كه درون سيم پيچ قرار مي گيرد تا مسير مناسبي براي ميدان مغناطيسي فراهم آورد. هسته مناسب در صنعت الكترونيك فريت ها هستند. فريت به طور كلي به مواد سراميكي گفته مي شود كه داراي خواص فرو مغناطيس باشند. فريتي كه در سلف ها بيش تر استفاده مي شود در شمار فريت هاي نرم هستند.

سيم پيچ ها داراي ابعاد و اشكال مختلفي هستند ولي مي توان آنها را به دو دسته كلي تقسيم كرد:

الف- سيم پيچ بدون هسته (با هسته هوا) ب- سيم پيچ با هسته فلزي يا فريت.

در سيم پيچ بدون هسته سيم را روي لوله هاي عايق مانند مقوا يا پلاستيك مي پيچند. اين لوله ها كه قرقره نام دارند فقط براي حفظ و نگهداري سيم پيچ مورد استفاده قرار مي گيرند. سلف هاي با خود القايي زياد اگر بدون هسته ساخته شوند ابعاد آنها بزرگ مي شود.

بتابراين بهتر است آن ها را با هسته فلزي بسازند. در اين مورد هسته مناسب بخصوص در الكترونيك فريت ها هستند. پيچيدن سيم روي هسته معمولا به صورت يك لايه و دو لايه انجام مي گيرد.

5- مقاومت:

 

مقاومت الکتریکی یا امپدانس بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. واحد بین المللی (SI) مقاومت الکتریکی، اهم (به انگلیسی ohmاست.) مقدار معکوس این کمیت رسانایی الکتریکی یا ادمیتانس نام دارد که با زیمنس (به انگلیسی (Siemens اندازه‌گیری می‌شود.

هر هزار اهم برابر با یك كیلو اُهم و هر میلیون اُهم برابر با یك مگا اُهم است.

طریقه ی محاسبه اندازه مقاومت:

محاسبه مقدار اُهمی یك مقاومت در مقاومتهای با وات پائین معمولاً مقدار اُهمی مقاومت بصورت كدهای رنگی و بر روی بدنه ان چاپ می شود ولی در مقاومتهای با وات بالا تر مثلاً 2 وات یا بیشتر ، مقدار اُهمی مقاومت بصورت عدد بر روی آن نوشته می شود .

محاسبه مقدار اُهم مقاومت های رنگی بر اساس جدول رمز مقاومتها و بسیار ساده انجام می شود . بر روی بدنه مقاومت معمولاً 4 رنگ وجود دارد . برای محاسبه از نوار رنگی نزدیك به كناره شروع می كنیم و ابتدا شماره دو رنگ اول را نوشته و سپس به میزان عدد رنگ سوم در مقابل دو عدد قبلی صفر قرار می دهیم . اینك مقدار مقاومت بر حسب اُهم بدست می آید .

شماره رنگ اول و دوم را می نویسیم و سپس به تعداد عدد رنگ سوم در مقابل دو رقم قبلی صفر قرار می دهیم . درصد خطای یك مقاومت رنگ چهارم درصد خطای مقاومت ( تلرانس ) را نشان می دهد رنگ چهارم طلائی خطای مثبت و منفی 5 درصد است . یعنی مقدار این مقاومت 5 درصد بیشتر یا 5 درصد كمتر است . در زیر میزان خطا برای رنگ های قهوه ای ، قرمز ، طلائی و نقره ای نشان داده شده است.

 %قهوه ای ±1% قرمز ±2% طلائی ±5% نقره ای ±10

 

چند مثال:

2700R  یعنی  2.7K Ω

560R  یعنی  560 Ω

2K7  یعنی  2.7 kΩ = 2700Ω

39K  یعنی  39 kΩ

1M0  یعنی  1.0 MΩ = 1000 kΩ

 

شمای فنی مقاومت:

 

 

مقاومت ، یکی از المان‌های الکتریکی است که برای این طراحی شده است که در مدار یک مقاومت الکتریکی ( electrical resistance ) بوجود آورد . مقاومتها به گونه‌ای ساخته می‌شوند که بتوانند جریان عبوری از مدار را در حد مورد نیاز محدود کنند. دو نوع مقاومت وجود دارد:مقاومت های ثابت و متغیر .

برای خواندن قسمت دوم مقاومت ها به ادامه مطلب برید.

(مقاومت):

مقاومت های ثابت :
الف- کربنی

ب- لایه ای :

° لایه ی کربنی

° لایه ی فلزی

° لایه ی اکسید فلز

ج- سیمی


مقاومت های متغیر:
الف- قابل تنظیم :

° پتانسیومتر

° رئوستا


ب- وابسته «تابع):

°تابع حرارت :


PTC
NTC
° تابع نور LDR

° تابع ولتاژVDR

° تابع میدان مغناطیسی MDR

تشخیص مقدار اهم مقاومت ها:
الف- کد های رنگی

ب- رمزهای عددی

ج- نوشتن مقدار مقاومت

قطعات تولیدی کارخانجات مختلف ممکن است در نقاط مختلف جهان استفاده شود ، از این رو ضروری است که تمامی آنها به منظور تولید قطعات خود از نظر مقدار و سایر مشخصات از روشها و استانداردهای خاص پیروی کنند . معمولترین آنها " استاندارد اروپایی " است که با حرف E مشخص می شود . این استاندارد خود شامل سری های مختلفی است :E6 , E12 , E24

سری E6 دارای 6 قسمت و تلرانس مقاومت های آن 20 در صد است .
سری E12 دارای 12 قسمت وتلرانس مقاومت های آن 10 درصد است .
سری E24 دارای 24 قسمت وتلرانس مقاومت های آن 5 درصد است.



0/1 , 5/1 , 2/2 , 3/3 , 7/4 , 8/6 :E6سری


0/1 , 2/1 , 5/1 , 8/1 , 2/2 , 7/2 , 3/3 , 9/3 , 7/4 , 6/5 , 8/6 , 2/8 : E12سری


0/1 , 1/1 , 2/1 , 3/1 , 5/1 , 6/1 , 8/1 , 2 , 2/2 , 4/2 , 7/2 , 0/3 , 3/3 , 6/3 , 9/3 , 3/4 , 7/4 , 1/5 , 6/5 , 2/6 , 8/6 , 5/7 , 2/8 , 1/9 : E24سری



هر یک از سه سری شامل اعدادی هستند که به آنها " اعداد پایه " می گویند و با ضرب یا تقسیم اعداد هر سری در مضارب 10 می توان مقادیر مختلفی از این سری ها را بدست آورد .

• مثلا در سری E6 با ضرب عدد 10 در اعداد پایه می توان به مقاومتهایی که در این سری ساخته می شوند پی برد :
Ω10 ، Ω15 ، Ω 22 ، Ω33 ، Ω47، Ω68

• و با ضرب عدد 100 در اعداد پایه :
Ω100 ، Ω150 ، Ω220 ، Ω330 ، Ω470 ، Ω680
از سری های E6 و E12 و E24برای استاندارد نمودن ظرفیت خازنها و ضریب خود القایی سلف ها نیز استفاده می شود . البته سری های دیگری نیز همچون E48 و E96 و E192 وجود دارند .

تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهای رنگی
مقاومتهای توان کم دارای ابعاد کوچک هستند، به همین دلیل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسیله نوارهای رنگی مشخص می‌کنند که خود این روش به دو شکل صورت می‌گیرد:
روش چهار نواری
روش پنج نواری
روش اول برای مقاومتهای با تولرانس 2% به بالا استفاده می‌شود و روش دوم برای مقاومتهای دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از 2% استفاده می‌شود. در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم.

به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:

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

دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ). عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.

ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است 5% یا 10% یا 20%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس 5 % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای 10% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را 20 %در نظر می‌گیریم.

به مثال زیر توجه نمایید:

از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد 4 ، رنگ بنفش معادل عدد 7 ، رنگ قرمز معادل عدد 2 ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪5 می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی 4700 اهم ، یا 4.7 کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد4700 را ضربدر 5 و تقسیم بر 100 می‌کنیم، که بدست می‌آید: 235
4935 = 235 + 4700

4465 = 235 - 4700

مقدار واقعی مقاومت چیزی بین 4465 اهم تا 4935 اهم می‌باشد.

6- خازن ها:

خازن‌ عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان ----- هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند .

ظرفیت

ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد


بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F

n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF

p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF


خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:


الف – صفحات هادی ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک) ساختمان خازن هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است. انواع خازن الف- خازنهای ثابت • سرامیکی • خازنهای ورقه‌ای • خازنهای میکا • خازنهای الکترولیتی o آلومینیومی o تانتالیوم

ب- خازنهای متغیر • واریابل • تریمر انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازن سرامیکی 4. خازن متغییر


خازن کروی


خازن مسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود. ظرفیت خازن (C) نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.

C = kε0 A/d

C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخیره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت



ε0 = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: 8.85 × 12-10 _ C2/N.m2


k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن 1


A = سطح خازن بر حسب m2


d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m


چند نکته • آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد. • بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد. یعنی: q a v • ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. یعنی: C a 1/d • ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K )نسبت مستقیم دارد. یعنی: C a A و C a K شارژ یا پر کردن یک خازن وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) و صفحه دیگر بار (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلید همچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده است. دشارژ یا تخلیه یک خازن ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده است. اگر خازن کاملاً پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازن کاملاً تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.


تأثیر ماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوری شکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛ بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی درون خازن تخت در فضای بین صفحات خازن بار دار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد.

E=V/d


E: میدان الکتریکی

V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن

d: فاصله بین دو صفحه خازن


میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد. به هم بستن خازنها خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند: 1. موازی 2. متوالی (سری) بستن خازنها به روش موازی در بستن به روش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:

• اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است. • بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت موازی مولد V = V1 = V2 = V3

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

CV = C1V1 + C2V2 + C3V3

ظرفیت کل : C = C1 + C2 + C3


اندیسها مربوط به خازنهای 1 ؛ 2 و 3 می‌باشد. هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازنها.


بستن خازنها بصورت متوالی در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد بار دریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق متوالی:

• بارهای روی صفحات هر خازن یکی است. • اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت متوالی:

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

اختلاف پتانسیل کل V = V1 = V2 = V3

q/C = q1/C1 + q2/C2 + q3/C3

C-1 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3


ظرفیت کل در حالت متوالی ، وارون ظرفیت معادل ، برابر است با مجموع وارون هریک از خازنها.


انرژی ذخیره شده در خازن پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید. کاربرد خازن با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.

انواع خازن‌ها

انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارند که می‌توان از دو نوع اصلی آنها، با پلاریته (قطب دار) و بدون پلاریته (بدون قطب) نام برد.

کد رنگی خازن ها

در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می‌‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌‌دهند و رنگ چهارم تولرانس(درصد خطا) را نشان می‌‌دهد . برای مثال قهوه‌ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است. خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می‌شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت.

ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰ تا ۹ به صورت زیر است:

سیاه، قهوه ای، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید

خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازن‌های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار چنین است :

فرض کنیم بخواهیم خازن‌ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً 10 و 20 و 30 و. .. به همین ترتیب. در ابتدا خوب بنظر می‌‌رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می‌‌دهد ؟

مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و. .. که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مساله معقول بنظر نمی‌رسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن‌ها، می‌توان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود. مثلاً 7/4 - 47 - 470 و. .. و یا 2/2 - 220 - 2200 و.. .

فرایند تولید قطعات الکترونیکی

● ماده اولیهامروزه همه می‌دانند كه ماده اولیه پردازنده‌ها همچون دیگر مدارات مجتمع الكترونیكی، سیلیكون است. در واقع سیلیكون همان ماده‌ سازنده شیشه است كه از شن استخراج می‌شود. البته عناصر بسیار دیگری هم در این فرایند به‌كار برده می‌شوند و لیكن از نظر درصد وزنی، سهم مجموع این عناصر نسبت به سیلیكون به‌كار رفته در محصول نهایی بسیار جزئی است.آلومینیوم یكی از مواد دیگری است كه در فرایند تولید پردازنده‌ها اهمیت زیادی دارد. هرچند كه در پردازنده‌های مدرن، مس به‌تدریج جایگزین آلومینیوم می‌شود.علاوه بر آنكه فلز مس دارای ضریب هدایت الكتریكی بیشتری نسبت به آلومینیوم است، دلیل مهم‌تری هم برای استفاده از مس در طراحی پردازنده‌های مدرن امروزی وجود دارد. یكی از بزرگ‌ترین مسائلی كه در طراحی پردازنده‌های امروزی مطرح است، موضوع نیاز به ساختارهای فیزیكی ظریف‌تر است. به‌یاد دارید كه اندازه‌ها در پردازنده‌های امروزی در حد چند ده نانومتر هستند. پس ازآنجایی‌كه با استفاده از فلز مس، می‌توان اتصالات ظریف‌تری ایجاد كرد، این فلز جایگزین آلومینیوم شده است.

● آماده‌سازیفرایند‌های تولید قطعات الكترونیكی از یك جهت با بسیاری از فرایند‌های تولید دیگر متفاوت است. در فرایند‌های تولید قطعات الكترونیك، درجه خلوص مواد اولیه مورد نیاز در حد بسیار بالایی اهمیت بسیار زیادی دارند. اهمیت این موضوع در حدی است كه از اصطلاح electronic grade برای اشاره به درجه خلوص بسیار بالای مواد استفاده می‌شود.به همین دلیل مرحله‌ مهمی به‌نام آماده‌سازی در تمامی فرایند‌های تولید قطعات الكترونیك وجود دارد. در این مرحله درجه خلوص موارد اولیه به روش‌های گوناگون و در مراحل متعدد افزایش داده می‌شود تا در نهایت به مقدار خلوص مورد نظر برسد. درجه خلوص مواد اولیه مورد نیاز در این صنعت به اندازه‌ای بالا است كه توسط واحد‌هایی مانند ppm به معنی چند اتم ناخالصی در یك میلیون اتم ماده اولیه، بیان می‌شوند.آخرین مرحله خالص‌سازی ماده سیلیكون، به‌این صورت انجام می‌شود كه یك بلورِ خالص سیلیكون درون ظرف سیلیكون مذاب خالص شده قرار داده می‌شود، تا بلور بازهم خالص‌تری در این ظرف رشد كند (همان‌طور كه بلورهای نبات در درون محلول اشباع شده به‌دور یك ریسمان نازك رشد می‌كنند). در واقع به این ترتیب، ماده سیلیكون مورد نیاز به‌صورت یك شمش تك كریستالی تهیه می‌شود (یعنی تمام یك شمش بیست سانتی‌متری سیلیكون، یك بلور پیوسته و بدون نقص باید باشد!).این روش در صنعت تولید چیپ‌ به روش CZ معروف است. تهیه چنین شمش تك بلوری سیلیكون آن‌قدر اهمیت دارد كه یكی از تحقیقات اخیر اینتل و دیگر شركت‌های تولید‌كننده پردازنده، معطوف تولید شمش‌های سی‌سانتی‌متری سیلیكون تك‌بلوری بوده است. درحالی‌كه خط تولید شمش‌های بیست سانتی‌متری سیلیكون هزینه‌ای معادل ۵/۱ میلیارد دلار در بر دارد، شركت‌های تولید كننده پردازنده، برای به‌دست آوردن خط تولید شمش‌های تك بلوری سیلیكون سی سانتی‌متری، ۵/۳ میلیارد دلار هزینه می‌كنند.موضوع جالب توجه در این مورد آن است كه تغییر اندازه شمش‌های سیلیكون تك‌بلوری، تا كنون سریع‌تر از یك‌بار در هر ده‌ سال نبوده است.پس از آنكه یك بلور سیلیكونی غول‌آسا به شكل یك استوانه تهیه گشت، گام بعدی ورقه ورقه بریدن این بلور است. هر ورقه نازك از این سیلیكون، یك ویفر نامیده می‌شود كه اساس ساختار پردازنده‌ها را تشكیل می‌دهد. در واقع تمام مدارات یا ترانزیستورهای لازم، بر روی این ویفر تولید می‌شوند. هر چه این ورقه‌ها نازك‌تر باشند، عمل برش بدون آسیب دیدن ویفر مشكل‌تر خواهد شد.از طرف دیگر این موضوع به معنی افزایش تعداد چیپ‌هایی است كه می‌توان با یك شمش سیلیكونی تهیه كرد. در هر صورت پس از آنكه ویفر‌های سیلیكونی بریده شدند، نوبت به صیقل‌كاری آنها می‌رسد. ویفر‌ها آنقدر صیقل داده می‌شوند كه سطوح آنها آیینه‌ای شود. كوچكترین نقصی در این ویفر‌ها موجب عدم كاركرد محصول نهایی خواهد بود. به همین دلیل، یكی دیگر از مراحل بسیار دقیق بازرسی محصول در این مرحله صورت می‌گیرد. در این گام، علاوه بر نقص‌های بلوری كه ممكن است در فرایند تولید شمش سیلیكون ایجاد شده باشند، نقص‌های حاصل از فرایند برش كریستال نیز به‌دقت مورد كنكاش قرار می‌گیرند.پس از این مرحله، نوبت به ساخت ترانزیستور‌ها بر روی ویفر سیلیكونی می‌رسد. برای این‌كار لازم است كه مقدار بسیار دقیق و مشخصی از ماده دیگری به درون بلور سیلیكون تزریق شود. بدین معنی كه بین هر مجموعه اتم سیلیكون در ساختار بلوری، دقیقاً یك اتم از ماده دیگر قرار گیرد. در واقع این مرحله نخستین گام فرایند تولید ماده نیمه‌هادی محسوب می‌شود كه اساس ساختمان قطعات الكترونیك مانند ترانزیستور را تشكیل می‌دهد. ترانزیستورهایی كه در پردازنده‌های امروزی به‌كار گرفته می‌شوند، توسط تكنولوژی CMOS تولید می‌شوند.CMOS مخفف عبارت Complementary Metal Oxide Semiconductor است. در اینجا منظور از واژه Complementaryآن است كه در این تكنولوژی، از تعامل نیمه‌هادی‌های نوع n و p استفاده می‌شود.بدون آنكه بخواهیم وارد جزئیات فنی چگونگی تولید ترانزیستور بر روی ویفر‌های سیلیكونی بشویم، تنها اشاره می‌كنیم كه در این مرحله، بر اثر تزریق مواد گوناگون و همچنین ایجاد پوشش‌های فلزی فوق نازك (در حد ضخامت چند اتم) در مراحل متعدد، یك ساختار چند لایه و ساندویچی بر روی ویفر سیلیكونی اولیه شكل می‌گیرد. در طول این فرایند، ویفر ساندویچی سیلیكونی در كوره‌ای قرار داده می‌شود تا تحت شرایط كنترل‌شده و بسیار دقیق (حتی در اتمسفر مشخص)، پخته می‌شود و لایه‌ای از SiO۲ بر روی ویفر ساندویچی تشكیل شود.در جدیدترین فناوری اینتل كه به تكنولوژی ۹۰ نانومتری معروف است، ضخامت لایه SiO۲ فقط ۵ اتم است! این لایه در مراحل بعدی دروازه یا gate هر ترانزیستور واقع در چیپ پردازنده خواهد بود كه جریان الكتریكی عبوری را در كنترل خود دارد (ترانزیستورهای تشكیل دهنده تكنولوژی CMOS از نوع ترانزیستورهای اثر میدانی یا Field Effect Transistor :FET نامیده می‌شوند. در این ترانزیستورها، جریان الكتریكی از اتصالی به‌نام Source به اتصال دیگری به‌نام Drain جریان می‌یابد. وظیفه اتصال سوم به‌نام Gate در این ترانزیستور، كنترل و مدیریت بر مقدار و چگونگی عبور جریان الكتریكی از یك اتصال به اتصال دیگر است).آخرین مرحله آماده‌سازی ویفر، قرار دادن پوشش ظریف دیگری بر روی ساندویچ سیلیكونی است كه photo-resist نام دارد. ویژگی این لایه آخر، همان‌طور كه از نام آن مشخص می شود، مقاومت در برابر نور است. در واقع این لایه از مواد شیمیایی ویژه‌ای ساخته شده است كه اگر در معرض تابش نور قرار گرفته شود، می‌توان آن‌را در محلول ویژه‌ای حل كرده و شست و در غیر این صورت (یعنی اگر نور به این پوشش تابانده نشده باشد)، این پوشش در حلال حل نخواهد شد. فلسفه استفاده از چنین ماده‌ای را در بخش بعدی مطالعه خواهید كرد.
.● ماسك كردناین مرحله از تولید پردازنده‌ها، به‌نوعی از مراحل قبلی كار نیز مهم‌تر است. در این مرحله عمل فتولیتوگرافی(Photolithography) بر روی ویفر ساندویچی انجام می‌شود. در واقع آنچه در این مرحله انجام می‌شود آن است كه بر روی ویفر سیلیكونی، نقشه و الگوی استنسیل مشخصی با استفاده از فرایند فتولیتوگرافی چاپ می‌شود، تا بتوان در مرحله بعدی با حل‌كردن و شستن ناحیه‌های نور دیده به ساختار مورد نظر رسید (ازآنجایی كه قرار است نقشه پیچیده‌ای بر روی مساحت كوچكی چاپ شود، از روش فتولیتوگرافی كمك گرفته می‌شود.در این روش نقشه مورد نظر در مقیاس‌های بزرگتر- یعنی در اندازه‌هایی كه بتوان در عمل آنرا تولید كرد، مثلاً در مربعی به مساحت یك متر مربع - تهیه می‌شود. سپس با تاباندن نور به الگو و استفاده از روش‌های اپتیكی، تصویر الگو را بر روی ناحیه بسیار كوچك ویفر می‌تابانند. مثلاً الگویی كه در مساحت یك متر مربع تهیه شده بود، به تصویر كوچكی در اندازه‌های چند میلیمتر مربع تبدیل می‌شود!). در این موارد چند نكته جالب توجه وجود دارد. نخست آنكه الگوها و نقشه‌هایی كه باید بر روی ویفر چاپ شوند، آنقدر پیچیده هستند كه برای توصیف آنها به ۱۰ گیگابایت داده نیاز است.در‌واقع می‌توان این موضوع را به حالتی تشبیه كرد كه در آن قرار است نقشه‌ای مانند نقشه یك شهر بزرگ با تمام جزئیات شهری و ساختمانی آن بر روی ویفر سیلیكونی به مساحت چند میلی‌متر مربع، چاپ شود. نكته دیگر آنكه در ساختمان چیپ‌های پردازنده، بیش از بیست لایه مختلف وجود دارد كه برای هر یك از آنها لازم است چنین نقشه‌هایی لیتوگرافی شود.موضوع دیگری كه بد نیست در اینجا ذكر‌شود، آن است كه همانطور كه از دروس دبیرستانی ممكن است به‌یاد داشته باشید، نور در لبه‌های اجسام دچار انحراف از مسیر راست می‌شود. پدیده‌ای كه به پراش یا Diffraction معروف است. هرچه لبه‌های اجسامی كه در مسیر تابش واقع شده‌اند، كوچك‌تر یا ظریف‌تر باشند، پدیده پراش شدید‌تر خواهد بود.در واقع یكی از بزرگ‌ترین موانع تولید پردازنده‌هایی كه در آنها از ساختار‌های ظریف‌تری استفاده شده باشد، همین موضوع پراكندگی یا تفریق نور است كه باعث مات‌شدن تصویری می‌شود كه قرار است بر روی ویفر چاپ شود. برای مقابله با این مسئله، یكی از موثرترین روش‌ها، آن است كه از نوری در عمل فتولیتوگرافی استفاده كنیم كه دارای طول موج كوچك‌تری است (بر اساس اصول اپتیك، هرچه طول موج نور تابانده شده كوچك‌تر باشد، شدت پدیده پراكندگی نور در لبه‌های اجسام كمتر خواهد بود). برای همین منظور در تولید پردازنده‌ها، از نور UV (ماورای بنفش) استفاده می‌شود.در واقع برای آنكه بتوان تصویر شفاف و ظریفی در اندازه‌ها و مقیاس آنچنانی بر روی ویفر‌ها تولید كرد، تنها طول‌ موج ماورای بنفش جوابگو خواهد بود. اما اگر بخواهیم در نسل بعدی پردازنده‌ها، از الگوهای پیچیده‌تری استفاده كنیم، تكلیف چه خواهد بود؟ در تئوری می‌توان از تابشی با طول موج بازهم كوتاه‌تری استفاده كرد. اما مشكل در اینجا است كه تابش با طول موج كوتاه‌تر به معنی استفاده از نوعی اشعه ایكس است. می‌دانید كه چنین اشعه‌ای بیشتر از آنكه قادر باشد تصویری از نقشه مورد نظر بر روی ویفر ایجاد كند، به‌علت قابلیت نفوذ زیاد، از تمامی نواحی الگو به‌طور یكسان عبور خواهد كرد!از موارد فوق كه بگذریم، پس از آنكه نقشه مورد‌نظر بر روی ویفر چاپ شد، ویفر درون محلول شیمیایی ویژه‌ای قرار داده می‌شود تا جاهایی كه در معرض تابش واقع شده‌اند، در آن حل شوند. بدین ترتیب شهر مینیاتوری را بر روی ویفر سیلیكونی تجسم كنید كه در این شهر خانه‌ها دارای سقفی از جنس SiO۲ هستند (مكان‌هایی كه نور ندیده‌اند و در‌نتیجه لایه مقاوم در برابر حلال مانع از حل شدن ( SiO۲ بوده است). خیابان‌های این شهر فرضی نواحی كه مورد تابش نور واقع شده‌اند و لایه مقاوم آن و همچنین لایه SiO۲ در حلال حل شده‌اند) از جنس سیلیكون هستند.
.● تكرارپس از این مرحله، لایه photo-resist باقی مانده از روی ویفر برداشته می‌شود. در این مرحله ویفری در اختیار خواهیم داشت كه در آن دیواره‌ای از جنس SiO۲ در زمینی از جنس سیلیكون واقع شده‌اند. پس از این گام، یكبار دیگر یك لایه SiO۲ به همراه پلی‌سیلیكون (Polysilicon) بر روی ویفر ایجاد شده و بار دیگر لایه photo-resist جدیدی بر روی ویفر پوشانده می‌شود.همانند مرحله قبلی، چندین بار دیگر مراحل تابش نور و در حلال قرار دادن ویفر انجام می‌شوند. بدین ترتیب پس از دست یافتن به ساختار مناسب، ویفر در معرض بمباران یونی مواد مختلف واقع می‌شود تا نیمه‌هادی نوع n و p بر روی نواحی سیلیكونی باقی‌مانده تشكیل شوند. به این وسیله، مواد مشخصی در مقادیر بسیار كم و دقیق به‌درون بلور سیلیكون نفوذ داده می‌شوند تا خواص نیمه‌هادی نوع n و p به‌دست آیند. تا اینجای كار، یك لایه كامل از نقشه الكترونیكی ترانزیستوری دوبعدی بر روی ویفر سیلیكونی تشكیل شده است.با تكرار مراحل فوق، عملاً ساختار لایه‌ای سه بعدی از مدارات الكترونیكی درون پردازنده تشكیل می‌شود. در بین هر چند لایه، از لایه‌ای فلزی استفاده می‌شود كه با حك كردن الگو‌های مشخص بر روی آنها به همان روش‌های قبلی، لایه‌های سیم‌بندی بین المان‌ها ساخته شوند. پردازنده‌های امروزی اینتل، مثلاً پردازنده پنتیوم چهار، از هفت لایه فلزی در ساختار خود بهره می‌گیرد. پردازنده AMD Athlon ۶۴ از ۹ لایه فلزی استفاده می‌كند.

ATMega32

کامپایلر هایی به زبان BASIC  و C که زبانهای پرکاربرد در دنیا هستند برای این نوع میکرو ها طراحی شده است و علاوه برآن از زبان اسمبلی نیز همچنان می توان برای برنامه نویسی استفاده کرد.

به عنوان مثال کامپایلر BASCOM با زبان BASIC برای برنامه نویسی این نوع از میکروکنترلر ها می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

 میکروکنترلر های AVR به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

·        سری AT90S یا  AVR

·        سری TINYAVR

·        سری MEGAAVR

 میکروکنترلر های نوع MEGAAVR  دارای قابلیت های بیشتری نسبت به دو سری دیگر هستند. در اینجا به بررسی مشخصات و پایه های یکی از میکروکنترلرهای پرکاربرد سری MEGA به نام ATMega32 می پردازیم:

ATMega32

 

 مهمترین مشخضات این میکروکنترلر 40 پایه عبارت است از:

·        کارایی بالا و توان مصرفی کم

·        32 رجیستر (ثبات) 8 بیتی

·        سرعت با سقف 16 میلیون دستور در ثانیه در فرکانس 16 Mhz

·        32 کیلو بایت حافظه FLASH داخلی قابل برنامه ریزی با قابلیت ده هزار بار نوشتن و پاک کردن

·        2 کیلو بایت حافظه داخلی SRAM

·        1024 بایت حافظه EEPROM داخلی قابل برنامه ریزی با قابلیت صد هزار بار نوشتن و خواندن

·        قابلیت ارتباط JTAG

·        دو تایمر/شمارنده  هشت بیتی

·        یک تایمر/شمارنده  شانزده بیتی

·        چهار کانال PWM

·        هشت کانال مبدل A/D  ده بیتی

·        یک مقایسه کننده آنالوگ داخلی

·        WATCHDOG قابل برنامه ریزی با اسیلاتور داخلی

·        ارتباط سریال برای برنامه ریزی: ISP

·        USART سریال قابل برنامه ریزی

·        دارای شش حالت SLEEP

·        منابع وقفه داخلی و خارجی

·        اسیلاتور داخلی RC

·        کار با ولتاژ 4.5  تا 5.5 

·        فرکانس کاری 0 تا 16 مگاهرتز

·        32 خط داده ورودی و خروجی قابل برنامه ریزی

·        ...

 پایه های میکروکنترلرATMega32: