علی‌رغم زندگی در دنیایی پر از ابزارها و قطعات الکترونیکی، الکترون‌ها همچنان حجابی مرموز بر سر دارند. الکترون از نظر بصری قابل‌مشاهده نیست، بنابراین مکانیسم کار یک پروژه الکترونیکی بسیار انتزاعی به نظر می‌رسد. شما نمی‌توانید جریان را ببینید، فقط می‌توانید نتایج حاصل از آن را ببینید. به همین دلیل با در نظر گرفتن تولید لوازم الکترونیکی به‌عنوان یک صنعت، برای بسیاری از سازندگان، پروژه‌های الکترونیکی یک شاهکار دلهره‌آور به نظر می‌رسد.
برای بسیاری افراد ساختن چیزی بدون درک کامل نظریه انتزاعی آن غیر قابل تصور خواهد بود.
اما در واقعیت، ساخت یک پروژه بدون درک کامل از نظریه انتزاعی آن امکان‌پذیر است. در حقیقت دانش تئوری الکترونیک مهم است، اما جزء جدایی‌ناپذیر ساخت یک پروژه آسان و ارزشمند نیست. یک راه خوب برای شروع، درک قطعات الکترونیکی مورد استفاده در برد مدار و عملکرد آن‌هاست. برای درک بهتر موضوع به خواندن ادامه دهید.
فهرست قطعات مورد استفاده در برد مدار چاپی
- مقاومت
- خازن
- سلف
- پتانسیومتر
- ترانسفورماتور
- دیود
- ترانزیستور
- یکسوکننده کنترل شده سیلیکونی (SCR)
- مدار مجتمع
- نوسان‌ساز کریستالی
- کلید و رله
- سنسور
مشابه نحوه‌ی عملکرد اجزای یک شهر، قطعات الکترونیکی مورد استفاده در برد نیز با هم کار می‌کنند تا یک سیستم کامل را تشکیل دهند و در نهایت یک دستگاه را تغذیه کنند. در این راستا، این تصور که بخش‌های مختلف زیادی روی برد وجود دارد، دیگر یک ایده‌ی ناهمگون نیست. در ادامه‌ی مطلب این ۱۲ قطعه‌‌ی الکترونیکی را معرفی می‌کنیم که روی بردهای مدار چاپی نصب می‌شوند و معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند!
مقاومت
مقاومت‌ها یکی از متداول‌ترین قطعات در طراحی مدار الکترونیک هستند و به نظر می‌رسد راحت‌تر قابل درک باشند. عملکرد این قطعه به این صورت است که در برابر جریان الکتریکی مقاومت ایجاد می‌کند و این مقاومت را ما به صورت گرما که حاصل اتلاف انرژی است می‌بینیم. مقاومت غیرفعال (passive) است یعنی فقط مصرف‌کننده است. مقاومت‌ها از مواد مختلفی ساخته می‌شوند و انواع مختلفی هم دارند. اما مقاومت کلاسیکی که بیشتر شناخته می‌شود، “محور” با سرب در دو انتها و یک حلقه رنگی حک شده روی بدنه است. این حلقه‌ها کدهایی هستند که مقدار مقاومت را نشان می‌دهند.
خازن
خازن‌ها رایج‌ترین قطعات الکترونیکی مورد استفاده در برد مدار هستند. عملکرد خازن به این صورت است که به طور موقت شارژ را نگه می‌دارد و هر زمان که به برق بیشتری در جای دیگری از مدار نیاز است، آن را آزاد می‌کند. معمولا این کار با جمع‌آوری بارهای مخالف روی دولایه رسانا که توسط عایق یا دی‌الکتریک از هم جدا شده‌اند، انجام می‌شود. خازن‌ها اغلب بر اساس هادی یا مواد دی‌الکتریک دسته‌بندی می‌شوند که در نتیجه انواع مختلفی با ویژگی‌های مختلف مانند خازن‌های الکترولیتی با ظرفیت بالا، خازن‌های پلیمری متنوع و خازن‌های دیسکی سرامیکی پایدارتر تولید می‌شوند. برخی شبیه مقاومت‌های محوری هستند، اما خازن‌های سنتی، سبکی شعاعی دارند که دو سرب از یک انتها بیرون زده است.
سلف
سلف‌ها همراه با مقاومت‌ها و خازن‌ها در خانواده‌ی اجزای غیرفعال خطی و از قطعات مورد استفاده در برد مدار هستند، مانند خازن‌ها. آنها نیز انرژی را ذخیره می‌کنند، اما سلف‌ها به جای ذخیره‌ی انرژی الکترواستاتیک، انرژی را به شکل میدان مغناطیسی ذخیره می‌کنند که در جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. ساده‌ترین سلف یک سیم‌پیچ است. هرچه تعداد سیم‌پیچ‌ها بیشتر باشد، میدان مغناطیسی بیشتر و اندوکتانس بیشتر است.
ممکن است دور یک هسته‌ی مغناطیسی با اشکال مختلف پیچیده شود. به تقویت قابل ملاحظه میدان مغناطیسی و تقویت انرژی ذخیره شده کمک می‌کند. سلف‌ها اغلب برای فیلترکردن یا مسدودکردن سیگنال‌های خاص استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، تداخل دستگاه‌های بی‌سیم را مسدود می‌کند یا در ترکیب با خازن‌ها، سیگنال AC منبع تغذیه حالت سوئیچ را دست‌کاری می‌کند.
پتانسیومتر
پتانسیومتر یکی از مقاومت‌های متغیر است و عموماً در انواع دوار و خطی موجود است. با چرخاندن دستگیره روی پتانسیومتر دوار، با حرکت کنتاکت‌های لغزنده روی مقاومت نیم‌دایره‌ای، مقاومت تغییر می‌کند. یک مثال معمولی از یک پتانسیومتر چرخشی یک کنترل‌کننده صدای رادیویی است که در آن پتانسیومتر چرخشی مقدار جریان به تقویت‌کننده را کنترل می‌کند. پتانسیومتر خطی یکسان است با این تفاوت که با حرکت خطی کنتاکت لغزنده مقاومت تغییر می‌کند. ایده‌آل برای زمانی که تنظیمات دقیق در زمینه مورد نیاز وجود دارد.
ترانسفورماتور
وظیفه ترانسفورماتور انتقال انرژی الکتریکی از مداری به مدار دیگر در حین افزایش یا کاهش ولتاژ است. می‌توان گفت که ولتاژ تبدیل شده است. آنها مانند سلف‌ها از یک هسته آهنی نرم تشکیل شده‌اند که حداقل دو سیم‌پیچ در اطراف آن پیچیده شده است. یک سیم‌پیچ اولیه برای مدار اولیه یا منبع و یک سیم‌پیچ ثانویه برای مداری که انرژی به آن منتقل می‌شود. احتمالاً یک ترانسفورماتور صنعتی بزرگ را روی یک تیر برق دیده‌اید. آنها ولتاژ را از خطوط برق سربار (معمولاً صدها هزار ولت) به صدها ولت که معمولاً برای استفاده خانگی موردنیاز است کاهش می‌دهند.
دیود
مانند یک خیابان یک‌طرفه است دیود وسیله‌ای است که اجازه می‌دهد جریان در یک جهت از آند (+) به کاتد (-) انتقال یابد. این کار با داشتن مقاومت صفر در یک جهت و مقاومت بالا در جهت دیگر انجام می‌شود. عملکرد آن به صورتی است که از جریان در جهتی که مستعد آسیب است جلوگیری می‌کند. محبوب‌ترین دیودها، دیودهای ساطع‌کننده‌ی نور یا LED است؛ بنابراین مهم است که آن را به درستی جهت‌دهی کنید. در غیر این صورت، LED روشن نمی‌شود.
ترانزیستور
ترانزیستورها جزء اصلی دستگاه‌های الکترونیکی مدرن در نظر گرفته می‌شوند. ممکن است میلیاردها دلار در یک تراشه آی‌سی وجود داشته باشد. ترانزیستورها تقویت‌کننده‌ها و کلیدهای الکترونیکی هستند. انواع مختلفی از آنها وجود دارد که رایج‌ترین نوع آن ترانزیستورهای دوقطبی است. نسخه‌های NPN و PNP نیز وجود دارد. ترانزیستورهای دوقطبی دارای سه پایه هستند. پایه، کلکتور و امیتر. برای نوع NPN، هنگامی که یک جریان (معمولاً یک جریان کوچک) از پایه به امیتر می‌رسد، مدار دیگری روشن می‌شود و جریانی (معمولاً بسیار بزرگ‌تر) از کلکتور به امیتر می‌رسد. برای ترانزیستورهای PNP، جهت‌ها برعکس است. نوع دیگری از ترانزیستور که ترانزیستور اثر میدانی یا FET نامیده می‌شود، از میدان الکتریکی برای به حرکت درآوردن مدارهای دیگر استفاده می‌کند.
یکسوکننده‌ی کنترل‌شده‌ی سیلیکونی (SCR)
یکسوکننده‌های کنترل‌شده‌ی سیلیکونی (SCRs) که به نام تریستور نیز شناخته می‌شوند، شبیه ترانزیستورها و دیودها هستند. این قطعات الکترونیکی مورداستفاده در برد مدار، اساساً دو ترانزیستور هستند که با هم کار می‌کنند. آنها از چهار لایه‌ی سیلیکونی تشکیل شده‌اند که به‌جای تقویت‌کننده به‌عنوان یک کلید عمل می‌کنند. تفاوت مهم دیگر این است که برای فعال کردن سوئیچ تنها به یک پالس نیاز است، اما اگر تنها یک ترانزیستور وجود داشته باشد، جریان باید به طور مداوم اعمال شود. در این مورد، برای سوئیچینگ مقدار بیشتری از برق مناسب است.
مدار مجتمع (IC)
آی‌سی یا مدار مجتمع، مدارها و اجزای کاهش‌یافته روی ویفرهای مواد نیمه‌هادی هستند. تعداد بسیار زیاد اجزایی که روی یک تراشه قرار می‌گیرند، اولین رایانه و اکنون رایانه‌های قدرتمند را از تلفن‌های هوشمند گرفته تا ابر رایانه‌ها ایجاد کرده‌اند. به نظر می‌رسد این مغز یک مدار گسترده‌تر است. مدار در همه‌ی اشکال و اندازه‌ها موجود است و در یک محفظه پلاستیکی مشکی قرار گرفته است که می‌تواند تماس‌های قابل مشاهده داشته باشد، خواه سربی باشد که از بدنه بیرون می‌آید یا یک پد تماسی در زیر آن مانند یک تراشه (BGA).
نوسانگرهای کریستالی
نوسانگرهای کریستالی برای بسیاری از مدارها که به عناصر زمان‌بندی دقیق و پایدار نیاز دارند، ساعت ارائه می‌کنند. این نام به این دلیل است که با ارتعاش فیزیکی کریستالی از مواد پیزوالکتریک، یک سیگنال الکترونیکی دوره‌ای تولید می‌کند. هر کریستال برای ارتعاش در یک فرکانس خاص طراحی شده است که آن را پایدارتر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و دارای ضریب کمتری نسبت به سایر روش‌های زمان‌بندی می‌کند. به همین دلیل به‌عنوان یک تایمر دقیق برای میکروکنترلرها یا بیشتر در ساعت‌های کوارتز استفاده می‌شود.
سوئیچ / رله
سوئیچ یکی از اجزای اصلی مدار به حساب می‌آید. سوئیچ فقط یک دکمه پاور برای کنترل جریان در مدار با سوئیچینگ بین مدارهای باز و بسته است. ظاهرهای مختلفی مانند لغزنده، چرخشی، دکمه‌های فشاری، اهرم‌ها، ضامن‌ها، کلید و غیره وجود دارد. به طور مشابه، رله یک کلید الکترومغناطیسی است که از طریق یک شیر برقی کار می‌کند و هنگامی که جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند، مانند یک آهنربای موقت می‌شود. همچنین به عنوان یک کلید عمل می‌کند و می‌تواند جریان کوچک را به جریان بزرگ تقویت کند.
سنسورها
سنسورها قطعات الکترونیکی هستند که تغییرات در شرایط محیطی را تشخیص می‌دهند، سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کنند که به آن تغییرات پاسخ می‌دهند و آنها را به سایر قطعات الکترونیکی در مدار ارسال می‌کنند. این در واقع یک مبدل است (یک شکل از انرژی را به دیگری تبدیل می‌کند) تا انرژی را از یک پدیده‌ی فیزیکی به انرژی الکتریکی تبدیل کند. مانند سنسور مقاومت آشکارساز دمای مقاومتی RTD به LED که سیگنال‌های مسافت طولانی مانند کنترل از راه دور تلویزیون را تشخیص می‌دهد. حسگرهای مختلفی برای محرک‌های محیطی مانند رطوبت، نور، کیفیت هوا، لمس، صدا، رطوبت، سنسور حرکت و غیره وجود دارد.
