قطعات پایه الکترونیک

دنیای الکترونیک بر پایه قطعاتی بنا شده که هر کدام وظایف منحصر به فردی را در مدارهای مختلف بر عهده دارند. این قطعات که به عنوان اجزای سازنده شناخته می‌شوند، تنوع بی‌نظیری دارند و از ساده‌ترین المان‌ها تا پیچیده‌ترین تراشه‌ها را شامل می‌شوند.

در این میان، قطعات پایه یا بنیادی، نقش اساسی در ساخت و عملکرد مدارهای الکترونیکی ایفا می‌کنند. این قطعات، بلوک‌های ساختمانی اولیه را تشکیل می‌دهند و به عنوان عنصری حیاتی در هر مدار عمل می‌کنند.

مقاومت‌ها، خازن‌ها، دیودها، ترانزیستورها و سلف‌ها، از جمله قطعات پایه در حوزه الکترونیک هستند که هر کدام وظایف و کاربردهای خاص خود را دارند.

مقاومت‌ها، جریان الکتریکی را در مدار محدود می‌کنند و به تنظیم ولتاژ و جریان کمک می‌کنند. خازن‌ها، انرژی الکتریکی را ذخیره و تخلیه می‌کنند و می‌توانند برای فیلتر کردن سیگنال‌ها، ایجاد زمان‌بندی و ذخیره انرژی مورد استفاده قرار بگیرند.

دیودها، جریان الکتریکی را در یک جهت هدایت می‌کنند و برای یکسو کردن جریان، حفاظت از مدار و ایجاد ولتاژهای مختلف به کار می‌روند. ترانزیستورها، مانند کلیدهای الکترونیکی عمل می‌کنند و می‌توانند برای تقویت سیگنال‌ها، سوئیچینگ و کنترل جریان الکتریکی مورد استفاده قرار بگیرند.

در کنار این قطعات پایه، المان‌های دیگری مانند پتانسیومترها، LEDها، فیوزها، رله‌ها و سوئیچ‌ها نیز در دسته قطعات پرکاربرد در حوزه الکترونیک قرار می‌گیرند. شناخت و درک صحیح از قطعات پایه و نحوه عملکرد آنها، گامی اساسی در مسیر یادگیری الکترونیک و طراحی مدارهای مختلف است.

با تسلط بر قطعات پایه و درک نحوه عملکرد آنها، می‌توانیم به دنیای وسیع‌تر و پیچیده‌تر مدارهای الکترونیکی قدم بگذاریم. مداراتی که از ترکیب و تعامل قطعات مختلف به وجود می‌آیند و وظایف گوناگونی را در دنیای واقعی بر عهده دارند.

یادگیری و درک نحوه عملکرد این مدارها، دریچه‌ای به سوی دنیای خلاقیت و نوآوری در حوزه الکترونیک می‌گشاید. با استفاده از قطعات پایه و مدارهای مختلف، می‌توانیم دستگاه‌های الکترونیکی جدیدی را طراحی و بسازیم و به ارتقای سطح دانش و مهارت خود در این زمینه کمک کنیم.

دنیای الکترونیک، دنیای شگفت‌انگیزی است که با قطعات پایه آغاز می‌شود و با خلاقیت و نوآوری انسان، به اوج خود می‌رسد.

رله

رله‌ها مانند یک کلید الکترومغناطیسی عمل می‌کنند که با استفاده از یک سیم‌پیچ و میدان مغناطیسی، یک یا چند مدار را قطع و وصل می‌کنند. این قطع و وصل می‌تواند به صورت دستی، با استفاده از یک دکمه یا به صورت اتوماتیک، با استفاده از یک سنسور یا رله دیگر انجام شود.

رله‌ها در انواع مختلفی مانند رله‌های الکترومغناطیسی، رله‌های حالت جامد و رله‌های تایمردار موجود هستند و کاربردهای فراوانی در صنعت، اتوماسیون، تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی دارند.

این نوع رله‌ها، بدون استفاده از قطعات متحرک عمل می‌کنند. آنها از یک تریستور یا ترانزیستور برای قطع و وصل مدار استفاده می‌کنند. رله‌های حالت جامد در مدارهای دقیق و حساس، مدارهایی که نیاز به عمر طولانی دارند و مدارهایی که به سرعت بالا نیاز دارند، استفاده می‌شوند.

دیود

دیودها المان‌های الکترونیکی دوپایه هستند که جریان الکتریکی را فقط در یک جهت عبور می‌دهند. به عبارت دیگر، دیودها مانند یک دریچه عمل می‌کنند که جریان را فقط در یک جهت عبور می‌دهند و از عبور جریان در جهت مخالف جلوگیری می‌کنند.

دیودها از دو ترمینال به نام آند و کاتد تشکیل شده‌اند و کاربردهای متنوعی مانند یکسو سازی جریان، آشکارسازی سیگنال، تنظیم ولتاژ و حفاظت از مدار در برابر اضافه بار دارند.

یکی از کاربرد های دیود ها تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) استفاده می‌شوند. این کار در بسیاری از لوازم الکترونیکی مانند شارژر تلفن همراه، کامپیوتر و تلویزیون ضروری است همچنین برای آشکارسازی سیگنال‌های رادیویی و فرکانسی استفاده می‌شوند.

خازن

خازن یک قطعه الکترونیکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را در میدان الکتریکی خود ذخیره کند. خازن‌ها از دو ترمینال و صفحات فلزی تشکیل شده‌اند و در انواع مختلفی مانند خازن‌های سرامیکی، الکترولیتی، تانتالیوم و فیلمی موجود هستند.

خازن ها برای ذخیره انرژی الکتریکی و استفاده از آن در مواقع نیاز استفاده می‌شوند. این کار در مدارهای فلش دوربین، مدارهای یو پی اس و مدارهای خودروهای هیبریدی ضروری است. همچنین از خازن ها برای صاف کردن ولتاژ و حذف نوسانات ولتاژ استفاده می‌شوند. این کار در مدارهای تغذیه کامپیوتر، مدارهای مخابراتی و مدارهای صنعتی ضروری است.

سلف

سلف یک قطعه الکترونیکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره کند. سلف‌ها از سیم‌پیچ‌های مسی تشکیل شده‌اند و در انواع مختلفی مانند سلف‌های هسته آهنی، هسته هوایی و چوک‌های فرکانس بالا موجود هستند.

سلف ها مانند یک سد عمل می‌کنند و از ورود نویزهای ناخواسته به مدار رادیویی جلوگیری می‌کنند. این امر باعث می‌شود که سیگنال‌های رادیویی با وضوح بیشتری دریافت شوند.کاربردهای سلف‌ها شامل ذخیره انرژی، فیلتر کردن سیگنال، تشدید و هموارسازی جریان می‌شود.

همچنین سلف ها در کنار خازن ها، مدارهای تشدید را تشکیل می‌دهند. این مدارها می‌توانند فرکانس‌های خاصی را از بین سیگنال‌های رادیویی جدا کنند. به این ترتیب، می‌توان فقط به سیگنال‌های مربوط به یک ایستگاه رادیویی خاص گوش داد.

کلید و سوئیچ

کلید و سوئیچ قطعاتی هستند که برای قطع و وصل جریان الکتریکی در مدار به کار می‌روند. کلیدها و سوئیچ‌ها در انواع مختلفی مانند کلیدهای مینیاتوری، کلیدهای راکر، کلیدهای فشاری، کلیدهای گردان و سوئیچ‌های اهرمی موجود هستند.

با استفاده از کلیدها و سوئیچ‌ها می‌توان بین حالت‌های مختلف مدار سوئیچ کرد. به عنوان مثال، می‌توان با استفاده از یک کلید، بین حالت‌های گرم و سرد یک بخاری برقی سوئیچ کرد. همنچنین می‌توان وظایف مختلفی را در مدار انجام داد. می‌توان با استفاده از یک کلید، بین حالت‌های مختلف یک ضبط صوت سوئیچ کرد.

نیمه هادی:

نیمه‌هادی‌ها موادی هستند که رسانایی الکتریکی آنها بین فلزات و عایق‌ها قرار دارد. سیلیکون و ژرمانیم از جمله نیمه‌رساناهای رایج هستند که در ساخت انواع قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستور، دیود، خازن و سلف به کار می‌روند.

ترانزیستورها مانند کلیدهای الکترونیکی عمل می‌کنند. آنها می‌توانند جریان الکتریکی را تقویت و سوئیچ کنند. ترانزیستورها از نیمه‌هادی‌ها ساخته می‌شوند و پایه و اساس ساختِ تمامِ مدارهای دیجیتال هستند. نیمه‌هادی‌ها می‌توانند در اندازه‌های بسیار کوچک ساخته شوند.

این امر باعث شده است که تجهیزات الکترونیکی به طور قابل توجهی کوچکتر و قابل حمل‌تر شوند.

ترانزیستور MOSFET

ترانزیستور MOSFET، که مخفف Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor است، یک عنصر کلیدی در دنیای الکترونیک مدرن به شمار می‌رود. این ترانزیستور با ساختاری ساده و کارآمد، دریچه‌ای نو به سوی دنیای امکانات در ابعادی کوچک گشوده است.

MOSFET از سه ترمینال به نام‌های سورس (Source)، درین (Drain) و گیت (Gate) تشکیل شده است. گیت توسط یک لایه عایق اکسید فلز از کانال نیمه‌رسانا جدا شده است. با اعمال ولتاژ به گیت، میدان الکتریکی ایجاد می‌شود که جریان الکتریسیته را بین سورس و درین کنترل می‌کند.

ترانزیستور BJT

ترانزیستور BJT، که مخفف Bipolar Junction Transistor است، یکی از رکن‌های اصلی دنیای الکترونیک به حساب می‌آید. این ترانزیستور با ساختاری ساده و قدرتمند، به عنوان یک کلید کارآمد در مدارهای مختلف عمل می‌کند و نقش اساسی در پیشرفت تکنولوژی ایفا می‌کند.

BJT از سه ترمینال به نام‌های امیتر (Emitter)، کلکتور (Collector) و بیس (Base) تشکیل شده است. این ترانزیستور از دو پیوند PN بین امیتر و بیس و بین بیس و کلکتور تشکیل شده است. با اعمال جریان به بیس، جریان الکتریسیته بین امیتر و کلکتور برقرار می‌شود و مقدار این جریان توسط جریان بیس کنترل می‌شود.

ترایاک

ترایاک، یک قطعه نیمه‌رسانا با قدرت و کارایی بالا است که در مدارهای الکتریکی برای کنترل جریان برق متناوب (AC) به کار می‌رود. این قطعه، با ولتاژ و جریان بالا و قابلیت سوئیچینگ سریع، به عنوان رئیسی بی‌رحم در دنیای برق شناخته می‌شود که می‌تواند جریان را در هر دو جهت عبور دهد و به شما قدرت مطلق در مدارهایتان می‌دهد.

ترایاک از سه ترمینال به نام‌های MT1، MT2 و گیت (Gate) تشکیل شده است. MT1 و MT2 معادل دو تریستور معکوس به هم هستند که به طور موازی به یکدیگر متصل شده‌اند. گیت، نقش ماشه را دارد و با اعمال یک پالس ولتاژ به آن، ترایاک روشن می‌شود و تا زمانی که جریان عبوری از حد مشخصی پایین‌تر نیاید، در حالت روشن باقی می‌ماند.

تریستور

تریستور، یک قطعه نیمه‌رسانا با قدرت و کارایی بالا است که در مدارهای الکتریکی برای کنترل جریان برق متناوب (AC) به کار می‌رود. این قطعه، با ولتاژ و جریان بالا و قابلیت سوئیچینگ سریع، به عنوان کلید قدرتمندی در دنیای برق شناخته می‌شود که می‌تواند جریان را در یک جهت عبور دهد و به شما قدرت کنترل دقیق در مدارهایتان می‌دهد.

تریستور از سه ترمینال به نام‌های آند (Anode)، کاتد (Cathode) و گیت (Gate) تشکیل شده است. آند و کاتد معادل یک دیود هستند و گیت، نقش ماشه را دارد. با اعمال یک پالس ولتاژ به گیت، تریستور روشن می‌شود و تا زمانی که جریان عبوری از حد مشخصی پایین‌تر نیاید، در حالت روشن باقی می‌ماند.

ترانزیستور

ترانزیستور، عنصری کوچک و جادویی است که دنیای الکترونیک را دگرگون کرده است. این قطعه‌ی نیمه‌رسانا، با ساختاری ساده و کارآمد، دریچه‌ای نو به سوی دنیای امکانات گشوده و در قلب میلیون‌ها دستگاه الکتریکی در سراسر جهان تپش می‌کند.

ترانزیستور از سه ترمینال به نام‌های امیتر (Emitter)، بیس (Base) و کلکتور (Collector) تشکیل شده است. با اعمال ولتاژ به بیس، جریان الکتریسیته بین امیتر و کلکتور برقرار می‌شود و مقدار این جریان توسط ولتاژ بیس کنترل می‌شود. ترانزیستور مانند یک شیر عمل می‌کند که با تنظیم جریان بیس، می‌توان جریان کلکتور را به طور دقیق کنترل کرد.

IGBT

IGBT، مخفف Insulated Gate Bipolar Transistor، یک قطعه‌ی نیمه‌رسانا با قدرت و کارایی بالا است که در مدارهای الکتریکی برای کنترل جریان برق به کار می‌رود. این ترانزیستور، با ترکیب مزایای ترانزیستورهای BJT و MOSFET، به عنوان یک شاهکار مهندسی در دنیای الکترونیک شناخته می‌شود و قدرت و ظرافت را به طور همزمان ارائه می‌دهد.

IGBT از سه ترمینال به نام‌های کلکتور (Collector)، امیتر (Emitter) و گیت (Gate) تشکیل شده است. ساختار IGBT شبیه به BJT است، اما از یک گیت عایق مانند MOSFET استفاده می‌کند. این گیت عایق، باعث می‌شود که IGBT مانند MOSFET، امپدانس ورودی بالایی داشته باشد و جریان گیت بسیار کمی را عبور دهد.

اپتوکوپلر

اپتوکوپلر، که به عنوان ایزولاتور نوری یا جداساز نوری نیز شناخته می‌شود، یک قطعه‌ی الکترونیکی است که از دو بخش مجزا تشکیل شده است: یک فرستنده‌ی نور و یک گیرنده‌ی نور. این دو بخش توسط یک کانال نوری از یکدیگر جدا شده‌اند و هیچ اتصال الکتریکی بین آنها وجود ندارد.

بخش فرستنده‌ی اپتوکوپلر معمولاً یک دیود ساطع‌کننده‌ی نور (LED) است که با عبور جریان الکتریکی، نور مادون قرمز را منتشر می‌کند. این نور از طریق کانال نوری به بخش گیرنده که معمولاً یک ترانزیستور یا فتوترانزیستور است، منتقل می‌شود. نور مادون قرمز، ترانزیستور را تحریک می‌کند و باعث عبور جریان الکتریسیته در آن می‌شود.

نور و روشنایی:

نور و روشنایی به عنوان یکی از پدیده‌های طبیعی، نقشی اساسی در زندگی انسان و سایر موجودات زنده ایفا می‌کند. دیودهای ساطع کننده نور (LED) رایج‌ترین منبع نور در الکترونیک هستند. آنها در انواع مختلفی مانند LEDهای تک رنگ، RGB و SMD وجود دارند.

LEDها به دلیل مصرف انرژی کم، طول عمر بالا و تنوع رنگی، در طیف وسیعی از کاربردها از جمله روشنایی، نمایشگرها و حسگرها استفاده می‌شوند.

اتصالات و کانکتور:

اتصالات و کانکتورها برای اتصال سیم‌ها و کابل‌ها به یکدیگر و به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی به کار می‌روند. اتصالات و کانکتورها در انواع مختلفی مانند فیش‌های BNC، فیش‌های RCA، کانکتورهای USB، کانکتورهای HDMI و ترمینال‌های پیچی موجود هستند.

اتصالات و کانکتورها کاربرد بسیار زیادی دارند به عنوان مثال برای اتصال تجهیزات صنعتی مانند موتورها، سنسورها و PLCها به یکدیگر استفاده می‌شوند. همچنین  اتصالات و کانکتورها برای اتصال تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های سونوگرافی، الکتروکاردیوگراف و مانیتورهای بیمار به یکدیگر استفاده می‌شوند.

مقاومت و پتانسیومتر:

مقاومت و پتانسیومتر یک قطعه الکترونیکی است که برای محدود کردن جریان الکتریکی در مدار به کار می‌رود. مقاومت‌ها در انواع مختلفی مانند مقاومت‌های کربنی، فلزی، سیمی و SMD موجود هستند. پتانسیومتر نوعی مقاومت متغیر است که می‌توان از آن برای تنظیم ولتاژ و جریان در مدار استفاده کرد.

پتانسیومتر سه ترمینال تشکیل شده است. با حرکت دادن یک لغزنده روی پتانسیومتر، می‌توان مقدار مقاومت بین دو ترمینال آن را تغییر داد.

آی سی AVR

آی سی AVR، یک خانواده از میکروکنترلرهای 8 بیتی است که توسط شرکت Atmel در حال حاضر بخشی از طراحی و تولید شده است. این میکروکنترلرها به دلیل قدرت، کارایی، قیمت مناسب، در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات صنعتی، سیستم‌های کنترل و رباتیک به کار می‌روند.

میکروکنترلرهای AVR از یک هسته‌ی پردازنده‌ی RISC (مجموعه‌ی دستورات کم و ساده) استفاده می‌کنند که سرعت و کارایی بالایی را ارائه می‌دهد. این میکروکنترلرها همچنین دارای حافظه‌ی داخلی، پورت‌های ورودی/خروجی، تایمر، کانتر، مبدل آنالوگ به دیجیتال و سایر امکانات جانبی هستند.

آی سی  FPGA

آی سی FPGA، مخفف Field-Programmable Gate Array، یک میدان نبرد تمام‌عیار برای منطق و خلاقیت است. این تراشه‌های نیمه‌رسانا، به شما قدرت می‌دهند تا با استفاده از زبان‌های توصیف سخت‌افزار (HDL) مانند Verilog و VHDL، مدارهای دیجیتال دلخواه خود را طراحی و پیاده‌سازی کنید.

FPGA از بلوک‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (LUT) تشکیل شده است که می‌توانند به روش‌های مختلفی پیکربندی شوند. این بلوک‌ها توسط شبکه‌ای از اتصالات قابل برنامه‌ریزی به هم متصل می‌شوند. با استفاده از HDL، می‌توانید نحوه عملکرد LUTها و اتصالات را تعیین کنید و مدار مورد نظر خود را بسازید.

آی سی  ARM

آی سی ARM، مخفف Advanced RISC Machines، یک خانواده از پردازنده‌های 32 بیتی است که به دلیل قدرت، کارایی و مصرف انرژی پایین، در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها از جمله گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها، پوشیدنی‌ها و حتی خودروها به کار می‌رود.

پردازنده‌های ARM از هسته‌ی RISC (مجموعه‌ی دستورات کم و ساده) استفاده می‌کنند که سرعت و کارایی بالایی را در پردازش اطلاعات ارائه می‌دهد. این پردازنده‌ها همچنین دارای حافظه‌ی داخلی، پورت‌های ورودی/خروجی، تایمر، کانتر و سایر امکانات جانبی هستند.

آی سی و سوکت آی سی

آی سی TTL

آی سی TTL، مخفف Transistor-Transistor Logic، خانواده‌ای از مدارهای منطقی دیجیتال است که از ترانزیستورهای دو قطبی (BJT) برای پیاده‌سازی گیت‌های منطقی مانند AND، OR، NOT و NAND استفاده می‌کند. TTL به دلیل قدرت، سرعت و سادگی، در طیف گسترده‌ای از کاربردها کار می‌رود.

مدارات TTL از ترانزیستورهای BJT برای ساخت گیت‌های منطقی استفاده می‌کنند. هر گیت TTL دارای چندین ورودی و یک خروجی است. ولتاژ ورودی به گیت، تعیین می‌کند که خروجی گیت 0 (منطقی 0) یا 1 (منطقی 1) باشد.

آی سی CMOS

آی سی CMOS، مخفف Complementary Metal-Oxide-Semiconductor، خانواده‌ای از مدارهای منطقی دیجیتال است که از ترانزیستورهای اثر میدانی (MOSFET) برای پیاده‌سازی گیت‌های منطقی مانند AND، OR، NOT و NAND استفاده می‌کند.

این خانواده در اواخر دهه 1960 معرفی شد و به عنوان رقیبی قدرتمند و کم‌مصرف برای خانواده‌ی TTL شناخته می‌شود. CMOS به دلیل مزایایی مانند مصرف انرژی پایین، سرعت بالا و سادگی، در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله کامپیوترها، تجهیزات صنعتی، سیستم‌های کنترل و لوازم الکترونیکی مصرفی به کار می‌رود.

آی سی OP-AMP

آی سی OP-AMP، که مخفف Operational Amplifier یا تقویت کننده‌ی عملیاتی است، یک تقویت کننده‌ی ولتاژ با کاربردهای بسیار متنوع در مدارهای آنالوگ است. این آی سی به عنوان قلب تپنده‌ی مدارهای آنالوگ شناخته می‌شود و در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله فیلترها و آشکارسازها، به کار می‌رود.

OP-AMP از دو ورودی (ورودی مثبت و ورودی منفی) و یک خروجی تشکیل شده است. ولتاژ خروجی OP-AMP به تفاضل ولتاژ ورودی مثبت و ورودی منفی و همچنین به نوع OP-AMP و مدار جانبی آن بستگی دارد. OP-AMPها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود مانند گین بالا، امپدانس ورودی بالا به کار می‌روند.

آی سی EEPROM

آی سی EEPROM که مخفف Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory است، نوعی حافظه‌ی غیرفرار است که می‌توان آن را بارها و بارها به صورت الکتریکی پاک کرد و دوباره برنامه‌ریزی کرد. EEPROMها در مقایسه با حافظه‌های ROM سنتی انعطاف‌پذیری و کارایی بیشتری را ارائه می‌دهند.

EEPROM از سلول‌های حافظه‌ای تشکیل شده است که هر کدام می‌توانند یک بیت اطلاعات را ذخیره کنند. سلول‌های حافظه‌ی EEPROM با استفاده از ترانزیستورهای MOSFET ساخته می‌شوند و می‌توانند با اعمال ولتاژ مناسب، پاک شده و دوباره برنامه‌ریزی شوند.