مدار و طراحی و ساخت مدار

حتما در طول زندگی خود متوجه شده اید که مدار الکترونیکی یعنی چه. به طور کلی می­توان این تعریف را از مدار الکترونیکی داشت:

مجموعه ای از قطعات که به شکل خاصی پایه های آن ها با ماده ای رسانا (مانند مس) به هم متصل شده است. و قرار است که تغییراتی را روی جریان یا جریان های ورودی ایجاد کنند.

***«« سورس و کد انواع پروژه های مهندسی، دانشجویی و دانش آموزی در زمینه الکترونیک، برنامه نویسی، گرافیک سه بعدی و اپلیکیشن »»***

* در یک مدار صحیح، احتمال ورود و خروج جریان، به هر کدام از قطعات، می­رود.

نقشه شماتیک

نقشه ای که چگونگی اتصال قطعات به یکدیگر را مشخص می­کند، را نقشه شماتیک می­گویند.

بهتر است که این نقشه با نرم افزار های کامپیوتری پیاده سازی شود، تا در صورت بروز هر گونه اشکال، بتوان به راحتی آن را اصلاح نمود.

بعضی از نرم افزار ها، نقشه را به صورت مجازی مدل سازی می­کنند و آن را آزمایش می­ کنند.

نماد های مورد بکار گیری در نقشه شماتیک، تقریبا شکلی را از ساختار درونی قطعه یا عملکرد آن را نمایش می­دهد، به این ترتیب، نوع قطعات به کار برده شده، می­ تواند برای همه قابل درک باشد.

برای تحلیل یک نقشه، بهتر است که از جریان اصلی ورودی آغاز کنید.

سعی کنید که چند شماتیک ساده را تحلیل کنید و درستی تحلیل خود را به صوورت عملی یا با استفاده از نرم افزار شبیه ساز، مورد بررسی قرار دهید.

رسم نقشه شماتیک

بعد از اینکه هدف خود را تعیین کردید و مداری که می­ خواهید بسازید را به طور دقیق مشخص کردید، یک طرح کلی از اتصال قطعات در ذهن خود ترسیم کنید.

این که چه موقع رسم شماتیک را آغاز کنید به عهده خود شما است، اما بهتر است که جاهایی از مدار را که اطمینان کامل از صحیح بودن تصویر آن در ذهنتان را ندارید، به طور عملی و یا با نرم افزار های شبیه ساز بسازید و یک نقشه فقط از آن قسمت تهیه کنید (بهتر است که آن را نگه دارید و در مدار های بعدی خود از آن استفاده کنید).

پس از اینکه تمام بخش ها رفع ابهام شد، رسم شماتیک کلی را با استفاده از نرم افزار، آغاز کنید.

در نقشه کشی از شمای فنی قطعات (نماد) برای نشان دادن آن ها استفاده می­شود و هر قطعه باید نام گذاری شود؛ به عنوان مثال R1، R2 و … .

هر قطعه معمولا نماد خاصی را در شماتیک دارد و اندازه آن چندان اهمیت ندارد.

فقط کافیست که قطعه ها را چیده و با یک خط، محل های مشخص شده به عنوان پایه قطعات را، آن گونه که لازم است، به هم متصل کنید.

نماد چند قطعه (در نرم افزار های مختلف، ممکن است که تفاوت های اندکی داشته باشند):

مقاومت:

پتانسیومتر(مقاومت متغییر):

خازن بدون قطب:

خازن قطب دار:

خازن متغییر:

باطری یا منبع تغذیه:

موتور الکتریکی:

دیود معمولی:

دیود نور افشان:

دیود زنر:

میکروفن:

بلند گو:

سلف:

ترانسفرمر:

* در رسم شماتیک، همیشه یک یا چند جریان وارد می ­شود (از طریق باطری، منبع تغذیه یا مدار های دیگر) و در مدار روی این جریان پردازش لازم انجام می­شود و ممکن است یک یا چند خروجی نیز داشته باشد.

رسم گره در نقشه شماتیک مدار

گره محلی است که از آن بیش از دو اتصال می­ گذرد.

یکی از اصولی که باید در نقشه کشی مدارات رعایت شود، رسم گره ها به صورت نقطه درشت و تو پر است.

هنگامی که خطوط اتصال از روی یکدیگر عبور می­کنند و به یکدیگر متصل نمی­شوند، نباید محل تفاطع آن­ها را به صورت گره رسم کنید.

* بهتر است سیم کشی ها در نقشه کوتاهترین مسیر را داشته باشند تا خواناتر شود.

نقشه کشی مدار

برای نقشه کشی مدار باید به چند نکته در مورد قطعاتی که باید استفاده شود توجه کرد:
* استفاده از ۱ دیود برای جلوگیری از ورود جریان هنگامی که قطب های باطری اشتباه وصل شوند.
* با استفاده از یک خازن به صورت موازی (مانند صافی خازنی) در مدارهای پیچیده یا دارای آی سی، می­توان از نواسانات برق ناگهانی جلوگیری کرد. ظرفیت این خازن نیز باید با توجه به ولتاژ ورودی باید تنظیم شود.
* بین دو پایه آهنربای رله بهتر است یک دیود قرار دهید، زیرا این دیود موجب می­ شود تا جریان با فاز مخالف که در رله ایجاد می­ شود مشکلی ایجاد نکند.
* در مناطقی که چند راه ارتباطی به هم می­رسند تا به طرف خروجی روند، با استفاده از دیود می­توان از برگشت جریان جلوگیری کرد.
* با استفاده از فرمول های گفته شده برای محاسبه جریان و ولتاژ می ­توانید ولتاژ ورودی مورد نیاز را محاسبه کنید.

نقشه شماتیک زیر یک نمونه مدار محافظ را نشان می­دهد:

رعایت این نکات هنگام استفاده از آی سی بسیار ضروری است.

تصویر زیر، نقشه شماتیک یک چشمک زن دو لامپی را نشان می­دهد:

بِرِدبُرد (Breadboard)

بردبرد وسیله ای است که برای آزمایشات مدار ها پیش از ساخت برد مدار مورد استفاده قرار می گیرد.

روی بردبرد تعداد زیادی سوراخ دارد و به صورت دسته ای به هم متصل هستند (5معمولا دسته های تایی).

اندازه سوراخ ها به اندازه پایه قطعات است، و نیازی به لحیم کاری ندارد.

همراه با بردبرد سیم مخصوص آن را نیز تهیه نمایید.

نقشه کشی برد مدار چاپی (PCB)

نقشه ای که برای پی سی بی استفاده می­ شود با نقشه شماتیک تفاوت دارد. در نقشه مخصوص پی سی بی، به جای استفاده از شمای فنی، از تصویری که محل قرار گیری پایه ها روی برد را نشان می­ دهد در اندازه واقعی استفاده می­ شود.

نقشه PCB دارای سه قسمت اصلی است:

طرح مسیر رو (برای برد های دورو)
طرح مسیر زیر
راهنما (سیلک اسکرین)

برد دو رو (دولایه): بردی که هم از رو مسیرهای عبوری برای اتصال بین قطعات دارد و هم از زیر. گاها در هر دوطرف آن نیز قطعه لجیم می شود.

برد متالایز: برد دو رویی که سوراخهای بالایی آن به سوراخهای پایینی راه دارند. (لایه بسیار نازکی از ماده رسانا مس بالای سوراخ را به پایین متصل کرده است)

نقشه راهنما سایه ای از قطعه روی برد است و نام و شماره قطعه را نیز نشان می دهد.

به عنوان مثال برای مقاومت از دو سوراخ مخصوص پایه ها، با فاصله مناسب و مستطیل در نقشه راهنما، برای دیود از مستطیل که داخل آن یک خط وجود دارد، برای خازن از بیضی یا دایره و برای رله از مربع استفاده می­ شود.

نماد چند نمونه از قطعات بر روی پی سی بی (معمولا به این صورت هستند):

(به ترتیب: مقاومت، کانکتور، دیود، خازن بدون قطب، خازن قطب دار)

رسم نقشه

برای رسم طرح  PCB (فیبر مدار چاپی)، بهتر است سعی کنید که از نرم افزار های مطرح طراحی PCB استفاده نمایید.

معمولا هر قطعه در لایبراری نرم افزار، با اندازه استاندارد موجود است.

پس از جایگذاری قطعات مورد نظر، باید به وسیله Track یا  Trace (مسیر های رسانا) پایه های قطعات را به یکدیگر وصل نمایید.

دقت نمایید که برای چاپ بهتر مسیر ها، نباید زاویه ای غیر از 45 درجه و 135 داشته باشند.

نمونه مسیر صحیح:

نمونه 90 درجه صحیح:

نمونه دور زدن صحیح:

نمونه اضافه کردن خروجی صحیح:

طرح پیاده سازی شده چشمک زن دو لامپی با نرم افزار:

راهنما یا سیلک اسکرین، همان بخش هایی هستند که جای دقیق قطعات و شماره آن ها را نشان می­ دهد:

مسیر هایی هم که باید به روی برد خام مسی پیاده شوند، همان بخش های قرمز رنگ هستند:

* دقت داشته باشید که محل سوراخ ها، در تصویر پشت برد مشخص شده است.

در نقشه مخصوص برد برای برد های یک رو، اتصالاتی که در شماتیک از روی هم رد می­شوند و یکدیگر را قطع نمی­ کنند، نباید به صورتی کشیده شوند که دارای تقاطع باشند، زیرا روی این نوع از برد ففط یک لایه مس وجود دارد. در مواردی که راه دیگری جز رد شدن اتصالات از روی هم وجود ندارد، باید از جامپر کمک گرفت.

جامپر یک قطعه سیم است که از روی برد (جایی که قطعات قرار می گیرند) عبور می­کند.

توجه داشته باشید که حتما باید علایم مربوط به قطعات نام گذاری شوند.

* برای مدارهای پیچیده با اتصال­های زیاد، می­ توانید از برد چاپی دو رو ویا متالایز استفاده نمایید.

جدول راهنما

با استفاده از یک جدول که در آن نام قطعه، شماره آن و کد یا مقدار آن وجود دارد، می­توانید هر قطعه را به راحتی در محلی که باید نصب شود، قرار دهید.

این جدول BOM (Bill Of Materials) نام دارد.

به عنوان مثال جدول زیر برای چشمک زن دو لامپی است:

BC107	T1	33 K	R3	red	LED1
BC107	T2	33 K	R4	green	LED2
–	–	56 uF	C1	1 K	R1
–	–	56 uF	C2	1 K	R2

مراحل ساخت برد مدار

برای رسم بر روی برد، باید طرحی که از قبل برای برد با استفاده از نقشه شماتیک آماده کرده ­اید را با استفاده از ابزارهای موجود، روی یک برد خام مسی مسی باید پیاده کنید.

سپس برد مسی حکاکی شده در اسید قرار می گیرد و بخش های حکاکی نشده در اسید خورده می شود.

بعد از مرحله اسید، برد شسته می شود تا اثر حکاکی پاک شود.

پیش (ویا پس) از آماده شدن طرح روی برد، باید با استفاده از دریل و مته های مخصوص، سوراخ کاری­های پایه های قطعات را انجام شود.

قطعات را با توجه به نقشه راهنما روی برد چاپ شده قرار دهید.

در انتها قطعات را با هویه و سیم لحیم تثبیت کنید و پایه های اضافی را بچینید.