آموزش عملی و پروژه محور رشته مهندسی الکترونیک (صفر تا 100)

اگر شما هم تاکنون موفق به یادگیری الکترونیک نشده اید تیم آموزشی  ایده الکترونیک   در این مطلب سعی کرده تا آنچه که برای دانستن و استفاده از علم الکترونیک به آن نیاز دارید را به صورت پروژه محور بدون هیچگونه توضیح اضافه ای برای شما مهیا کند.

1- محاسبه مقاومت (رزیستور):

فرض کنید که یک دیود نورافشان (LED) را میخواهید با ولتاژهای مختلف روشن کنید چیزی که شما باید بدانید این است که ولتاژ ورودی LED با توجه به انواع مختلف آن از 1.8 ولت تا 5 ولت می باشد و در نتیجه اگر شما ولتاژی بیش از آن بدهید LED  شما حتما خواهد سوخت بنابراین باید بر سر راه منبع تغذیه و LED یک مقاومت قرار دهد که بتواند به عنوان تقسیم کننده ولتاژ در مدار عمل کند اما چه مقاومتی و با چه توانی؟

تصور کنید باطری 12 ولت برای روشن کردن LED در نظر گرفته اید؛ 3 ولت آن را برای روشن کردن LED کنار بگذارید  و برای 9 ولت باقی مانده آن می بایست اندازه مقاومت مناسب در نظر بگیریم. بر طبق قانون اهم می بایست نسبت این ولتاژ را بر جریان مدار که برای led تقریبا 20 میلی آمپر (0.02 آمپر) محاسبه کنیم و درنتیجه مقدار مقاومت مورد نظر را خواهیم داشت که برای این مثال 450 اهم می باشد.

توان مقاومت:

در مثال بالا توان لازم برای مقاومت از حاصلضرب ولتاژ در جریان (0.02*9) بدست می آید که برابر است با 0.18 وات که مقاومت های معمول بازار 1/4 یا همان 0.25 وات می باشند. البته مقاومت با توان های بیشتر هم وجود دارند. که بسته به مدل طراحی مدارتان می توانید از آنها استفاده کنید.

نکته: همیشه سعی کنید در طراحی مدار و انتخاب مقادیر دست بالا بگیرید که اگر دمای هوا باعث کاهش توان مقاومت شود آسیبی به مدار شما نرسد.

2-منبع تغذیه برای مدار:

هر مدار الکترونیکی به یک انرژی الکتریکی برای راه اندازی نیاز دارد این انرژی از طریق منبع تغذیه تامین می شود که می تواند باطری های معمول در بازار باشد یا از ترانس های کاهنده ولتاژ استفاده می شود و همچنین از مدارهای سوئیچینگ نیز می توان استفاده کرد.

اهمیت منبع تغذیه از آن جهت است که ممکن است ولتاژهای متفاوتی در اندازه و شکل های مختلف برای مدارهای الکترونیک مورد نیاز باشد پس شما باید بتوانید یک منبع تغدیه خاص طراحی کنید و یا اینکه تغییراتی در ولتاژ خروجی منبع تغذیه موجود ایجاد کنید.

حال می خواهیم یک منبع تغذیه ساده 5 ولت DC طراحی کنیم:

اولین چیزی که باید تهیه کنیم یک ترانس 220 ولت به 6 ولت می باشد. خروجی این ترانس حدود 9 ولت می باشد اما جریان متناوب دارد. در تصویر زیر نمودار ولتاژ یا جریان متناوب نمایش داده شده است.

برای اینکه جریان آن را  DC کنیم از یک پل دیود باید استفاده کنیم کاری که پل دیود انجام می دهد این است که نیم سیکل های منفی را به مثبت تبدیل می کند. دقت کنید که دو پایه که علامت ~ دارد را به ترانس متصل می کنیم.

همانطور که در تصویر ملاحظه می کنید در قسمتهایی از نمودار ولتاژ به صفر می رسد برای اینکه یک جریان صاف داشته باشیم می توانیم از یک خازن استفده کنیم خازن همانند یک باطری عمل می کند بدین صورت که در زمانی که ولتاژ به سمت صفر می رود خازن دشارژ می شود و مانع از افت ولتاژ می شود و در نتیجه ریپل موج خروجی گرفته می شود. در این مورد هم باید دقت داشته باشید که پایه منفی خازن به پایه منفی پل دیود متصل شود.

مساله مهم محاسبه ظرفیت خازن است هر چقدر اختلاف مقدار Vmax و Vmin کمتر باشد ظرفیت خازن باید بیشتر باشد همانطور که می دانید اختلاف ولتاژ ماکزیمم و مینیمم از طریق نسبت جریان مصرفی مدار شما به حاصلضرب ظرفیت خازن در فرکانس بدست می آید. برای محاسبه مثال بالا فرکانس برق شهر را 50 هرتز در نظر میگیریم که بعد از خروجی پل دیود 100 هرتز می شود. اگر جریان مصرفی مدار مورد نظر ما 30 میلی آمپر باشد اگز خازنی با ظرفیت 1000 میکروفاراد قرار دهیم اختلاف ولتاژ ماکزیمم و مینیمم حدود 0.3 ولت می شود.

نکته1: در مدارهای عملی معمولا به ازای هر آمپر، خازنی با ظرفیت 1000 میکروفاراد قرار می دهند.

نکته2: در رابطه با ولتاژ خازن باید بدانید که بایستی حداقل برابر با ولتاژ مدار باشد.

تا کنون ولتاژ AC را یکسو کرده و از صافی گذراندیم اما امکان دارد ولتاژ خروجی به اندازه کافی صاف نبوده؛ و همچنین برق شهر نوساناتی دارد که باعث کم یا زیاد شدن ولتاژ می شود و ممکن است خارج از تحمل قطعات الکترونیک باشد بنابراین باید از تنظیم کننده های ولتاژ (رگولاتور) در مدار استفاده کنیم.

برای مثال بالا می توان از آی سی 7805 استفاده کرد که ولتاژ خروجی 5+ ولت بدون نوسان را به ما می دهد.

3- منبع تغذیه متغیر

برخی سیستم های الکترونیکی به ولتاژهای با اندازه های متفاوت نیاز دارند اگر به منبع تغذیه یک کامپیوتر دقت کرده باشید حتما دیده اید که خروجی آن ولتاژهایی با مقادیر گوناگون می باشد از این رو یک مهندس الکترونیک باید بتواند از یک منبع، تغذیه هایی را که برای طراحی اش نیاز دارد را تبدیل کند.

آی سی های رگولاتور متغیر مانند LM317 ؛ برای این منظور در بازار وجود دارند که می توان از آنها استفاده کرد. همچنین برای تبدیل ولتاژ ها می توان از دیود زنر (دیودی که ولتاژ معکوس را از یک حد بیشتر از خود عبور می دهد) استفاده کرد. بدین ترتیب که یک سر (کاتد) دیود زنر را به زمین اتصال می دهیم بنابراین ولتاژهای بیشتر از ولتاژ شکست دیود زنر فیلتر می شوند و ولتاژ خروجی ثابت می ماند.

4 -ترانزیستور و کاربردی ساده از ترانزیستور

برای بدست آوردن اطلاعات تئوری از ترانزیستور و همچنین مثالی ساده از آن می توانید به اینجا مراجعه کنید. وبه دلیل اهمیت ترانزیستور در الکترونیک به شما توصیه می کنیم در صورت امکان حتما این مقاله را مطالعه فرمائید.

برای تمرین بیشتر و درک بهتری از ترانزیستور برای شما مدار چشمک زن led با ترانزیستور که تصویر آن را در زیر میبینید تحلیل می کنیم:

در مدار بالا یکی از ترانزیستورها به دلیل اختلاف در ساختار داخلی (اختلاف ß) زودتر از دیگری روشن می شود ما فرض را بر این قرار می دهیم که ترانزیستور A زودتر روشن شود در اینصورت led شماره 1 روشن می شود و خازن شماره 1 به زمین متصل می شود و از طریق مقاومت R2 شروع به شارژ شدن می کند. ترانزیستور A تا زمانی روشن می ماند که خازن شماره 2 کاملا دشارژ شود بعد از اینکه ترانزیستور A خاموش شود led شماره 1 نیز خاموش می شود و زمین از سر خازن شماره 1 برداشته شده و خازن شروع به تخلیه می کند و ترانزیستور B را روشن می کند و درنتیجه LED شماره 2 روشن می شود و این روند به همین ترتیب ادامه می یابد.

نکته قابل توجه زمان روشن و خاموش بودن LED ها می باشد که با توجه به مقدار مقاومت و ظرفیت خازن تغییر می کند و از حاصلضرب ظرفیت خازن در مقاومت محاسبه می شود.

ℑ=RxC

در ادامه پروژه های الکترونیک زیر را انجام خواهیم داد و سعی بر آن شده تا پروژه ها از ساده تا پیشرفته باشد و طی انجام هر پروژه مطالب آموزشی مفیدی را که لازم دارید برای شما قرار دهیم:

5- با زدن هر مرتبه روی کلید شاسی، LED در مدار اگر روشن است خاموش شود و بالعکس 

6- روشن و خاموش کردن LED از راه دور و با ریموت کنترلر 

7- پروژه ساخت شمارنده با آردوینو uno و ماژول سون سگمنت