درباره الکترونیک روبورو ...

الکترونیک تقریبا با اختراع ترانزیستور شروع شد البته قبلش هم وجود داشت اما این همه تاثیر گذار نبود، ترانزیستور یک عنصر سه پایه است که کارش تنظیم جریان عبوری با کمک ولتاژ ورودی است ... سخت شد نه؟
همان طور که میدانید یک بورد الکترونیکی در حقیقت یک سری مسیر برای عبور الکترون ها است و جریان و ولتاژ هم دو پارامتر اصلی برای توصیف الکترون های عبوری از هر قسمت مدار هستند ؛ اولی نشانگر تعداد الکترون های عبوری از توی هر قطعه مدار در هر ثانیه است و دومی هم زور و قدرت همان الکترون ها را نشان میدهد، مثلا وقتی میگوییم جریان عبوری از این قطعه ۱بیشتر از قطعه ۲ است یعنی در هر ثانیه تعداد بیشتری الکترون از توی قطعه۱ عبور میکند. و وقتی میگوییم دو سر این قطعه ولتاژ بیشتری دارد یعنی الکترون ها انرژی بیشتری برای عبور دارند.
یکی از معمول ترین قطعات الکترونیکی مقاومت است. احتمالا شما هم چیز هایی در باره آن شنیده اید. وقتی الکترون ها به این قطعه میرسند با توجه به ولتاژ دو سر مقاومت با یک جریان معین از توی آن عبور میکنند، وقتی ولتاژ دو سر مقاومت را زیاد کنیم ( یعنی مثلا با اضافه کردن باتری انرژی الکترون ها برای عبور از مقاومت را زیاد کنیم) تعداد بیشتری الکترون از توی مقاومت رد میشود و در نتیجه جریان زیاد میشود. به همین سادگی!
توی الکترونیک قطعات زیادی وجود دارند، مثل خازن، سلف، دیود و ...
ترانزیستور هم یکی از این قطعات است که اتفاقا خیلی قطعه مهم و تاثیر گذاری است، ترانزیستور سه تا پایه دارد ، بر خلاف غالب قطعات که ۲ تا پایه بیشتر ندارند، الکترون ها از دو تا از این پایه ها وارد میشوند و از سومی خارج میشوند. یکی از این پایه ها base نام دارد ، کار کل ترانزیستور این است که با توجه به ولتاژ روی این پایه base معلوم کند چه قدر الکترون باید بین دو تا پایه دیگر عبور کند ... در حقیقت مثل یک شیر آب روی لوله ای از الکترون ها عمل میکند، اگر شما ولتاژ را روی base زیاد کنید ( یعنی مثلا با اضافه کردن باتری انرژی الکترونهایی که به پایه base میرسند را زیاد کنید) شیر باز میشود و الکترون های بیشتری عبور میکنند و اگر ولتاژ را کم کنید هیچ الکترونی عبور نمیکند.
مهندسان الکترونیک و سخت افزار از این خاصیت "شیر آب بر روی لوله الکترون ها" خیلی استفاده میکنند ... برای مثال همین کامپیوتر که دارید از آن استفاده میکند ... حدودا چند میلیون ترانزیستور دارد که با بستن یا باز کردن آنها کار میکند!
مدار روبورو را نگاه کنید، ۱۰ تا عنصر سیاه رنگ میبیند ... این ها ترانزیستور هستند. تازه توی IC که روی مدار روبورو قرار دارد در حدود چند ده صد هزار ترانزیستور وجود دارد! ... ببینید توی کامپیوتر دیگر چه خبر است!
همه این بند و بساط ( یعنی قطعات الکترونیکی روی مدار!) باید با کمک یک منبع تغذیه روشن شوند، در حقیقت این باطری است که انرژی اصلی الکترون ها را تامین میکند و آن ها را به صورت الکترون های سرحال و قبراق میفرستد توی مدار، آن ها توی مدار میچرخند و با توجه به عناصر مدار مسیر خودشان را انتخاب میکنند و همین باعث میشود مدار کار کند. مثلا اگر شما دستوری برای روشن شدن LED های روبورو داده باشید، ترانزیستور های توی IC جوری تنظیم میشوند که الکترون ها از توی LED ها عبور کنند و آن ها را روشن کنند!
حالا که تا حدودی با کلیت قضیه آشنا شدید برویم سراغ قسمت های مختلف بورد روبورو:
● اولین قسمت بخش تغذیه است:
همان طور که میبیند چهار تا باتری ۱.۵ ولت را به روبورو وصل کرده ایم، این باتری ها هم تغذیه مدار و IC و ترانزیستور ها را فراهم میکنند و هم تغذیه موتور ها را. آن خازن گنده هم که کنار باتری لحیم شده است برای کم کردن نویز تغذیه است ... حالا نویز تغذیه چی هست دیگر ....!
در حقیقت ولتاژ الکترون های ورودی دقیقا ۶ ولت نیست و بالا و پایین میرود، به هزار دلیل مختلف، از نزدیک کردن یک موبایل به مدار بگیرید تا روشن شدن ناگهانی موتور ها باعث تغییر ولتاژ ورودی میشود، این خازن کارش کم کردن این تغییرات است ... اصولا خارن ها یکی از کارهایشان همین است یعنی کم کردن نوسان های روی ولتاژ.
● میکرو کنترولر:
IC وسط مدار در حقیقت یک میکرو کنترولر است. میکرو کنترولر ها یک چیز هایی مثل CPU کامپیوتر هستند، یک IC چند پایه که کار های مختلفی میتواند انجام دهد. معمولا این IC ها باید برنامه ریزی شوند، تا بتوانند کاری که میخواهیم را انجام دهند. در این جا هم ما یک میکرو کنترولر داریم که برای انجام دادن کار های روبورو برنامه ریزی شده است. پایه های آن به سنسور ها و موتور ها وصل است و یک پایه آن هم به کامپیوتر وصل میشود تا برنامه های شما را از آن دریافت کند. همه مدیریت مدار با این IC است. شما به آن دستور میدهید و او هم حرف شما را گوش میکند!
● درایور موتور ها :
درایور(driver) به معنی راننده است، در حقیقت ما باید یک راننده برای موتور ها داشته باشیم تا حرف ما را گوش کند و موتور ها را هدایت کند. این درایور ها را همان طور که میبینید با ترانزیستور میسازند. حالا اصلا چرا این کار را انجام میدهیم؟
ببینید، ما میتوانیم پایه های میکرو را بر اساس برنامه ای که به آن داده ایم به صفر منطقی یا یک منطقی ( یعنی ۰ ولت یا ۵ ولت ) ببریم. یعنی انرژی الکترون های خروجی از پایه های میکرو را کنترل کنیم، اما نمیتوانیم این پایه ها را به موتور ها وصل کنیم چون درست است که انرژی الکترون های خروجی میتواند ۵ ولت باشد اما تعداد آن ها نمیتواند زیاد باشد، در حقیقت میکرو نمیتواند تعداد زیادی الکترون از توی خودش عبور دهد، اگر این اتفاق بیفتد میکروی ما داغ میشود و میسوزد!
برای همین ما باید به طریق دیگری جریان زیاد را به موتور ها برسانیم ( موتور یک عنصری است که ماشالله هزار ماشالله خیلی جریان میخورد!) برای همین از ترانزیستور ها استفاده کنیم، یادتان میآید که چه توصیفی از ترانزیستور کردیم که؟ "یک شیر آب بر روی یک لوله از الکترون های سرحال و قبراق"، ما شیر آب را هر وقت بخواهیم با کمک ولتاژ هایی که روی پایه های میکرو می آید باز میکنیم تا جریان الکترون ها به داخل موتور برقرار شود و آن را روشن کند! ... ساده بود نه؟!
● بخش سنسور ها:
روبورو ۶ تا سنسور دارد که همگی به پایه های میکرو وصل میشوند، میکرو مقدار ولتاژ روی پایه های خود را میخواند و بر اساس آن و چیزی که شما به عنوان برنامه به او داده اید عمل میکند. در حقیقت خروجی سنسور ها ولتاژ های مختلف است و میکرو باید آن را به روشن یا خاموش تفسیر کند. این کار با کمک آن دو تا دکمه قرمز رنگ کوچک انجام میشود، هر وقت شما یکی از آن دو تا را فشار دهید میکرو مقدار ولتاژ روی پایه های خود را میخواند و آن را به عنوان معیار ذخیره میکند .... از آن به بعد ولتاژ های زیر این مقدار خاموش و بالای آن روشن در نظر گرفته میشود و شما میتوانید بر اساس آن برنامه های خود را بنویسید ..

منبع: نوشته:آرمین سنقری
مدرسه اینترنتی تبیان