7 نکته/ترفند کاربردی طراحی الکترونیک (برای مبتدی ها)
با توجه به پیشرفتهای زیاد در حوزه سخت افزار، مدار، نرم افزار و IOT، باید بتوانید خود را همواره به روز نگهدارید. برای اینکه بتوانید شغل خوبی داشته باشید باید یک فرد حرفهای و ماهر باشید. ورود به دنیای طراحی الکترونیک و ساخت مدارها بسیار جذاب است. برای جلوگیری از سوختن قطعات، کلافگی در عیبیابی و اتلاف وقت، رعایت چند ترفند پایهای و کلیدی برای مبتدیها ضروری است:
طبق تجربه شخصی ...
۱. پیشنمونهسازی و طراحی اولیه
-
برد بورد (Breadboard) بهترین دوست شماست: هرگز قبل از تست نهایی مدار، شروع به لحیمکاری روی فیبرهای سوراخدار یا چاپ PCB نکنید. همیشه ابتدا ایده خود را روی برد بورد ببندید تا تغییرات به راحتی امکانپذیر باشد.
-
استفاده از ماژولهای آماده: در شروع کار، به جای درگیر شدن با طراحی مدارهای پیچیده برای شارژ باتری یا رگولاتور ولتاژ، از ماژولهای آماده و ارزانقیمت بازار استفاده کنید. این کار احتمال خطا را به شدت کاهش میدهد و به شما اجازه میدهد روی کارکرد اصلی مدار تمرکز کنید.
۲. مدیریت تغذیه و زمین (GND)
-
قانون زمین مشترک (Common Ground): یکی از رایجترین اشتباهات مبتدیها! اگر مدار شما از چند منبع تغذیه مختلف (مثلاً یک باتری برای موتور و یک پورت USB برای میکروکنترلر) استفاده میکند، حتماً باید پایههای منفی (GND) تمام آنها را به یکدیگر متصل کنید؛ در غیر این صورت مدار هیچگاه به درستی کار نخواهد کرد.
-
معجزه خازنهای بایپس (Bypass): همیشه یک خازن عدسی کوچک (معمولاً $100 nF$ یا $0.1 \mu F$) را در نزدیکترین فاصله ممکن به پایههای تغذیه و زمینِ هر آیسی (IC) قرار دهید. این خازن نویزهای ناگهانی ولتاژ را خنثی میکند و جلوی ریست شدنهای بیدلیل یا رفتارهای عجیب میکروکنترلرها را میگیرد.
۳. محافظت از مدار
-
دیود محافظ قطبیت: در ورودی تغذیه مدار خود، یک دیود معمولی (مثل 1N4007) قرار دهید. این کار باعث میشود تا اگر به اشتباه قطب مثبت و منفی باتری یا آداپتور را برعکس وصل کردید، قطعات حساس و گرانقیمت مدار نسوزند.
-
محافظت از پایههای ورودی/خروجی: هرگز یک کلید فشاری (Button) یا یک LED را بدون قرار دادن مقاومت (بین $220 \Omega$ تا $1 k\Omega$) مستقیماً به پایههای آیسی متصل نکنید. جریان کشی بیش از حد به راحتی پینهای آیسی را میسوزاند.
۴. تست و راهاندازی
-
قانون تست بوق (Continuity): قبل از اینکه مدار را برای اولین بار به برق متصل کنید، مولتیمتر را روی حالت بوق (بازر) قرار دهید. پروبها را به خطوط تغذیه (VCC و GND) بزنید. اگر صدای بوق شنیدید، یعنی مدارتان اتصالی دارد و وصل کردن برق باعث سوختگی قطعات خواهد شد.
-
تست مرحلهبهمرحله: هرگز تمام مدار را یکجا نسازید. ابتدا بخش تغذیه را روی برد بورد ببندید و ولتاژ خروجی آن را با مولتیمتر اندازه بگیرید تا مطمئن شوید مثلاً ۵ ولت دقیق است. سپس بخشهای بعدی را یکییکی اضافه و تست کنید. عیبیابی مداری که از قبل کامل بسته شده، بسیار دشوار است.
اولین گامها در مسیر PCB
در حوزه الکترونیک مشکلات زیادی پیش روی فرد قرار میگیرد. برای مواجهه با این مشکلات بهتر است هر مشکل را طبقهبندی کنید و هر کدام را جداگانه بررسی و حل کنید. برای فعالیت در PCB بهتر است مفاهیم موجود را دسته بندی کنیم. به همین منظور موارد زیر را به شما عرضه میکنیم:
درک تئوری الکترونیک
در ابتدا باید یک فهم کلی از تئوری الکتریسیته داشته باشید. هنگامیکه الکترون از قطب مثبت به سمت قطب منفی جریان مییابد، میتوان کیفیت این جریان را محاسبه نمود. برای این کار، از مفاهیم جریان، ولتاژ و مقاومت استفاده میکنیم.
جریان، تعداد الکترونهایی است که بین دو نقطه از مدار جابجا میشود(I). ولتاژ، تفاوت پتانسیل بین این دو نقطه است(V). مقاومت، میزان مقاومت و سختی انتقال الکترون بین این دو نقطه است(R).
لولهای را فرض کنید که آب درونش جاری است. جریان، میزان آب موجود در لوله است. وجود کلوخه در مسیر آب نقش مقاومت را دارد. اختلاف فشار بین دو نقطه از لوله نیز نقش ولتاژ را بر عهده دارد.
رابطه بین مقادیر بالا توسط قانون اهم بیان میشود یعنی V = I X R
اجزای مدار و طراحی
با داشتن درکی کلی از نحوه حرکت الکترون درون مدار می توانیم قطعات مختلف الکترونیکی را بشناسیم.
در دهههای گذشته و زمان حال، قطعات الکتریکی بسیار متنوعی بوجود آمده است. ما همواره قدردان افرادی هستیم که با وقف زندگی خود این قطعات کوچک را ساختهاند و باعث بهبود کیفیت زندگی بشر شدهاند. در اینجا، ما به معرفی رزیستور، ترانزیستور، کاپاسیتور و مدارهای کامل میپردازیم:
- رزیستور: این وسیله باعث ایجاد مقاومت در برابر جریان الکترون بین دو نقطه میشود.
- کاپاسیتور: قطعهای برای ذخیره کوتاه مدت انرژی است. از این وسیله بعنوان یک سپر محافظ در مدار میتوان استفاده کرد.
- ترانزیستور: درک کاربرد این وسیله میتواند دشوار باشد، اما از تمام قطعات قبلی مهمتر است. اگر بخواهیم ساده بگوییم، ترانزیستور نقش یک سوییچ را ایفا میکند. این سوییچ اجازه میدهد تا زمانیکه جریان کمی وجود دارد، مقدار جریان بیشتری وارد مدارشود.
- مدارهای کامل: این چیپهای پیچیده و کوچک به اندازه یک سکه هستند. این چیپها میتوانند اکثر کاربردهای یک مدار معمولی را داشته باشند اما در پیرامون خود به اجزایی مثل کاپاسیتورها نیاز دارند.
مطالعه دستورالعملهای موجود
با توجه به قطعات بسیار زیادی که وجود دارد، میتوانیم با یک دستورالعمل خاص شروع به ترکیب کردن این قطعات کنیم. این دستورالعملها را با نام شماتیک(طرحهای کلی) نیز میشناسند.
در این طرحها، دستورالعملهای یک مدار به صورت طراحیشده آورده میشود. این طرحها نحوه قرار گیری واتصال اجزای مختلف را به ما نشان میدهد. از آنجا که ممکن است در ابتدا نتوانیم یک طرح کلی را طراحی کنیم، مطالعه طرحهای موجود میتواند ما را در طراحی طرح مخصوص به خودمان کمک کند.
یک راه خوب برای فهم این طرحها، نگاه کردن به آنها است. در فضای مجازی، هزاران طرح مختلف وجود دارد که میتوان از آنها بهره برد. امروزه و با کمک تکنولوژی میتوانید طراحیهای خود را مورد ارزیابی قراردهید. در نرم افزار طراحی مدار PCB مثل Aftium designer میتوانید تعداد زیادی قطعه، منبع توان (power source)، سطح تمیز برای کار و حتی روشی برای بررسی طرح خود به کار بگیرید.
