چگونه شماتیک بخوانیم؟ (قسمت دوم)

مقدمه

در بخش قبل با برخی از پایه‌ترین نمادهای شماتیک مانند مقاومت‌ها و خازن‌ها آشنا شدید. در این بخش نماد قطعات الکترونیکی (نیمه‌هادی) و برخی از قطعات دیگر را خواهیم دید.

پس از پایان مطالعه این قسمت خواهید توانست نمادهای 90 درصد نقشه‌های شماتیک را شناسایی کنید.

دیود

دیود‌ معمولی به شکل یک مثلث است که نوک آن به وسط  یک خط وارد شده است. دیودها نیز المان‌های دارای قطب هستند و لذا هر کدام از پایه‌های آن اسم خاص خود را دارد. پایه‌ای که از قاعده‌ی مثلث بیرون کشیده شده است پایه‌ی مثبت یا آند است. پایه‌ی منفی، کاتد، پایه‌ای است که به خط قائم متصل است. می‌توانید به خط قائم به عنوان علامت منفی (-) نگاه کنید. همچنین اگر دقت کنید خواهید دید که سمت کاتد دیود مانند حرف K برعکس است؛ از این روش هم می‌توانید برای تشخیص کاتد استفاده کنید.

انواع مختلف دیود وجود دارد که نماد هر کدام با اعمال تغییرات اندکی در نماد دیود معمولی به دست می‌آید. نماد دیودهای نورافشان (LED) با اضافه کردن چند فلش به نماد دیود معمولی که به سمت دور از نماد اشاره می‌کنند به دست می‌آید. فوتودیودها انرژی نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و در واقع سلول‌های خورشیدی ریز هستند. نماد این نوع دیودها همان نماد LEDهاست با این تفاوت که جهت فلش‌ها به سمت داخل است.

نماد دیودهای خاص دیگر، نظیر دیودهای زنر یا دیودهای شاتکی، با اعمال تغییراتی در خط قائم نماد دیود معمولی به دست می‌آید.

ترانزیستور

ترانزیستورها چه BJT چه MOSFET، دو نوع ساختار دارند، نوع مثبت یا نوع منفی. بنابراین هر ترانزیستور را می‌توان حداقل به دو شکل متفاومت رسم کرد.

BJT

ترانزیستورهای BJT، قطعاتی با سه پایه‌اند: collector که با C نشان داده می‌شود، emitter که با E نشان داده می‌شود و base که با B نشان داده می‌شود. دو نوع BJT داریم: NPN و PNP که هر کدام نماد خاص خود را دارند.

پایه‌های Collector و Emitter در یک راستا قرار دارند ولی پایه‌ی Emitter همواره باید یک فلش داشته باشد. اگر فلش به سمت داخل باشد، ترانزیستور از نوع PNP است و اگر فلش به سمت خارج باشد ترانزیستور از نوع NPN است.

MOSFET

همانند BJTها، ماسفت‌ها نیز سه پایه دارند ولی نام آن‌ها متفاوت است:  source که با S نشان داده می‌شود، drain که با D نشان داده می‌شود و gate که با G نشان داده می‌شود. دوباره، بسته به این که ماسفت (MOSFET) از نوع N-Channel است یا از نوع P-Channel دو نماد داریم. برای هر نوع شکل‌های متعددی وجود دارد.

فلش وسط نماد (که به آن bulk یا بدنه گفته می‌شود) تعیین می‌کند که ماسفت از نوع N-Channel است یا P-Channel. اگر فلش به سمت داخل بود به این معناست که ماسفت از نوع N-Channel است و اگر به سمت خارج باشد، ماسفت از نوع P-Channel است.

البته در نماد اول از سمت راست که فلش بر روی پایه‌ی source است، قضیه فرق می‌کند و فلش به سمت داخل، ماسفت از نوع P-Channel را مشخص می‌کند و فلش به سمت خارج، ماسفت از نوع N-Channel را نشان می‌دهد. این نمادها که با اسامی Q7 و Q12 در شکل فوق مشخص شده‎اند به دلیل سادگی بیشتر مورد استفاده قرار می‎گیرند.

گیت‌های منطقی

هر کدام از توابع منطقی استاندارد یعنی AND، OR، NOT و XOR نماد شماتیکی خاص خود را دارند:

اضافه کردن یک حباب به خروجی، خروجی تابع را وارون (NOT) می‌کند و گیت‌های NAND، NOR و XNOR را ایجاد می‌کند:

یک گیت ممکن است بیش از دو ورودی داشته باشد و در این صورت تعداد پایه‌های ورودی بیشتر می‌شود ولی بدنه نماد تغییری نمی‌کند.

مدارهای مجتمع

به دلیل این که تعداد مدارهای مجتمع (Integrated Circuits) زیاد است و هر کدام کار خاصی انجام می‌دهد، نماد منحصر به فردی به آن‌ها تعلق نمی‌گیرد. معمولا یک آی‌سی (مدار مجتمع) را به صورت یک مستطیل که در طرفین دارای تعدادی پین (پایه) است نمایش می‌دهند. در کنار هر پین بایستی شماره و کارکرد آن پین نوشته شود.

نماد شماتیکی میکروکنترلر ATMEGA328 (که روی بسیاری از بردهای آردوینو یافت می‌شود)، IC رمزگذاری ATSHA204 و میکروکنترلر ATtiny45. همان طور که می‌بینید این نمادها در اندازه و تعداد پین‌ها بسیار متفاوت‌اند.

از آنجایی که نماد آی‌سی‌ها بسیار عمومی است، اسم‌ها، مقادیر و لیبل‌های آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. اسم هر آی‌سی باید درست در کنار آن نوشته شود.

آی‌سی‌های خاص: آپ‌امپ‌ها و رگولاتورهای ولتاژ

به بعضی از آی‌سی‌های پرکاربردتر نماد خاص اختصاص داده شده است. آپ‌اَمپ‌ها (تقویت‌کننده‌های عملیاتی) را معمولا به شکل‌های زیر در مدارها می‌یابید. نماد اول شامل 5 پایه است: ورودی ناوارونگر (+)، ورودی وارونگر (-)، خروجی و دو پایه تغذیه. معمولاً تراشه‌ی آپ‌امپ‌ها به صورت 2 یا 4 آپ‌امپ داخل یک پکیج عرضه می‌شوند و لذا تنها دو پایه تغذیه برای همه‌ی آپ‌امپ‌های داخل تراشه کافی است. به همین دلیل است که در نماد دوم پایه‌های تغذیه را برداشته‌اند.

رگولاتورهای ساده معمولا سه پایه دارند: ورودی، خروجی و زمین مشترک (یا پایه‌ی تنظیم).  لذا معمولاً آن‌ها را به شکل یک مستطیل با پین‌هایی در سمت چپ (ورودی)، سمت راست (خروجی) و پایین (زمین/تنظیم) رسم می‌کنند.

سایر

کریستال‌ها و تشدیدکننده‌ها

کریستال‌ها و تشدیدکننده‌ها بخشی اساسی از مدارهای میکروکنترلری هستند. آن‌ها در تأمین پالس Clock نقش مهمی ایفا می‌کنند. نماد کریستال معمولا دو پایه دارد در حالی که تشدید‌کننده‌ها که دو خازن به کریستال اضافه می‌کنند معمولا سه پایه دارند.

هدرها و کانکتورها

در بیشتر مدارها، شما به کانکتور نیاز خواهید داشت، چه برای تأمین ولتاژ باشد چه برای تبادل اطلاعات با بیرون مدار. بسته به شکل ظاهری کانکتور، نماد آن نیز فرق می‌کند. در زیر چند نمونه کانکتور را  مشاهده می‌کنید:

موتورها، ترانسفورماتورها، اسپیکرها و رله‌ها

از آنجایی که همه‌ی این وسایل به نحوی از سیم‌پیچ استفاده می‌کنند، همه‌ی آن‌ها را در یک جا می‌آوریم. ترانسفورماتورها معمولا شامل دو سیم‌پیچ هستند که رو‌به‌روی هم قرار دارند و توسط چند خط از هم جدا شده‌اند:

رله‌ها به صورت مجموعه‌ی یک سیم‌پیچ و یک کلید در کنار هم هستند:

در مورد اسپیکرها و بازرها از شکل ظاهری‌شان به عنوان نماد برای آن‌ها استفاده می‌کنیم:

و موتورها معمولا به صورت یک دایره هستند که وسط آن حرف انگلیسی M نوشته شده است و گاهی اوقات مستطیل‌هایی در طرفین آن قرار دارند که پایه‌های موتور را مشخص می‌کنند:

فیوزها و PTCها

فیوزها و PTCها – که از آن‌ها برای محدود کردن جریان‌های هجومی بزرگ استفاده می‌شود – هر کدام نماد منحصر به فرد خود را دارند:

نماد PTC در واقع نماد عمومی ترمیستور (مقاومت وابسته به دما) است (می‌توانید نماد بین‌المللی مقاومت را در دل این نماد مشاهده کنید).

بدون شک بسیاری از نمادهای شماتیک را از قلم انداخته‌ایم. اما با دانستن نمادهایی که تا به الان لیست کردیم، باید بتوانید 90 درصد از نقشه‌های شماتیک را بخوانید. به طور کلی، هر نماد باید شباهت کافی با قطعه‌ای که مدل می‌کند داشته باشد. علاوه بر نماد، هر قطعه در یک نقشه‌ی شماتیک بایستی دارای یک اسم و یک مقدار منحصر به فرد نیز باشد که شناسایی آن را آسان‌تر می‌کند.

در قسمت بعدی خواهیم دید که چگونه قطعات در کنار هم قرار می‌گیرند تا یک نقشه شماتیک تشکیل دهند. همچنین نکاتی که در هنگام خواندن یک نقشه شماتیک باید به آن‌ها توجه داشت را بررسی‌ خواهیم کرد.

مرجع: sparkfun.com

برای تهیه‌ی این مقاله زمان، انرژی و هزینه‌ی قابل توجهی صرف شده است؛ لطفاً در صورت استفاده از این مقاله، برای حمایت از نویسنده و جهت فراهم آوردن امکان ادامه فعالیت پایگاه فناوری تابین، لینک زیر را در رسانه یا مقاله‌ی خود قرار دهید: