آموزش ساخت روبات(جلسه 1)

سلام بر همه ی شما دوستان

برای درک بهتر مطالب سعی کنید مطالب رو به صورت متوالی و منظم دنبال کنید، چون مطالبی که ارایه می شوند کاملاً به هم مرتبط اند و اگر مطلبی رو متوجه نشوید، در بحث های بعدی نیز احتمالاً دچار مشکل خواهید شد.

خوب، می دونم شما هم مثله من عجله دارید که زودتر وارد بحث اصلی بشیم، پس بدون حاشیه ی بیشتر شروع می کنیم.

ما آنالوگ رو با معرفی 3 کمیت "اختلاف پتانسیل(V)"(Voltage)، "جریان(I) "(Current)و "مقاومت(R)"(Resistor) شروع می کنیم. البته این کمیت ها رو احتمالاً بخش زیادی از دوستان می شناسند زیرا هر 3 کمیت در بخش" الکتریسیته" ی "فیزیک 1 و ازمایشگاه" به تفصیل معرفی شده اند.

اختلاف پتانسیل(V):

ساده ترین تعریفی که برای (V) وجود دارد این است که اختلاف پتانسیل را عامل برقرار شدن جریان الکتریکی در مدار می دانند. برای اینکه شما این کمیت رو بهتر لمس کنید یک مثال ساده می زنم (البته این مثال در همه ی قسمت های بحث صادق نیست).

فرض کنید 2 سطل آب در اختیار داریم با نام های "A"و"B" . سطل Aپر از آب و با اختلاف ارتفاع 1 متر بالاتر از سطل B قرار دارد. 2 سطل رو با یک شیلنگ به همدیگه وصل می کنیم. در این حالت مشاهده خواهیم کرد که اب از سطل A به درون B جاری می شود. حالا اگر جای 2 سطل رو با هم عوض کنیم جریان آب عکس می شود و از سطل B به سطل A جاری خواهد شد و اگر 2 سطل را هم ارتفاع کنیم ، هیچ جریانی نخواهیم داشت. یعنی این اختلاف ارتفاع عامل جاری شدن آب بین 2 سطل می باشد.

در حقیقت در این مثال آب نقش الکترونها رو بازی میکنه و شیلنگ نقشه سیم، و AوB هم 2 قطب +و- باطری یا مولد الکتریکی. و در نهایت اختلاف ارتفاع بین 2 سطل هم نقش اختلاف پتانسیل بین 2 قطب رو بازی می کنند.
یکای اختلاف پتانسیل "ولت" می باشد.

جریان الکتریکی(I):

برای تعریف جریان از مثال قبلیمون کمک می گیریم. در مثال بالا جریان آب نقش جریان الکتریکی را بازی میکنه (دقت کنید که سرعت الکترونها ثابت و تقریباً برابر سرعت نور می باشد ولی همونطور که می دونید سرعت آب در این مثال تابعی از شتاب جاذبه ی زمین(g) است.) . در حقیقت حرکت الکترونها بین 2قطب مولد را جریان الکتریکی می نامیم.

یکای جریان به پاس خدمات علمی فیزیک دان فرانسوی "ماری آمپر" ،"آمپر(A)" نام گذاری شده است.

مقاومت(R):

مقاومت در حقیقت عاملی مزاحم برای جریان می باشد، یعنی هر چه مقاومت بیشتر باشد جریان کمتر است. برای مثال فرض کنید شما با عجله در حال دویدن در یک پیاده روی شلوغ هستید ، به طبع هر چی پیاده رو شلوغتر باشه حرکت برای شما سخت تر و کندتر خواهد بود. این شلوغی مزاحم مشابه همون مقاومت الکتریکی در یک سیم عمل میکنه.
مقاومت الکتریکی رساناها (موادی که جریان الکتریکی را از خو عبور می دهند) ی مختلف با یکدیگر متفاوت است و مقاومت هر ماده فقط بستگی به مشخصات ساختمانی و دمای اون ماده دارد. در رساناهای معمولی، هر چه دما بالاتر برود، مقاومت بیشتر می شود.(افزایش دما موجب افزایش بی نظمی در ساختار مولکولی رسانا می شود)

یکای اندازه گیری آن به پاس خدمات علمی "گئورگ زیمون اهم"، "اهم" نامیده شده که آنرا با (?) نمایش می دهیم. (امگا? از حروف یونانی می باشد)
مقاومت در مدارهای شماتیک به شکل نمایش داده می شود.

قانون اهم:

در همون مثال سطل ها اگر اختلاف ارتفاع 2 سطل را بیشتر کنیم، مشاهده خواهیم کرد که شدت جریان آب نیز بیشتر می شود. تجربه نیز نشان می دهد که هرچه اختلاف پتانسیل دو سر رسانا بیشتر شود ، شدت جریان عبوری نیز بیشتر می شود. اما اهم برای اولین بار کشف کرد که نسبت V به I (V / I) همواره مقداری ثابت است که این مقدار ثابت همان مقاومت الکتریکی است. یعنی: V / I =R ? V=I R

برای مثال اگر در مدار روبه رو V=10 باشد و امپرسنج عدد 2 را نشان دهد و مقاومت سیم ناچیز باشد انگاه طبق رابطه خواهیم داشت:
V=10 و V / I =R ? I=2. پس این مقاومت 5? می باشد.

مطالب تکمیلی مقاومت ها:

مقاومت شاید پرکاربردترین قطعه ی مدارهای ما خواهد بود. چون ما بوسیله ی این قطعه می توانیم شدت جریان را در قسمت های مختلف مدار کنترل کنیم. مقاومت ها در حالت کلی به 2 دسته ی ثابت و متغیر تقسیم می شوند. مقاومت های نوری دسته ای از مقاومت های متغیر هستند که نسبت به نور محیط مقاومت انها تغییر می کند، یعنی در محیط های پر نور مقاومت آنها کمتر و در محیط های کم نور مقاومت آنها بیشتر می شود.

دسته ی دیگری از مقاومت های متغیر وجود دارند که به صورت دستی مقاومت آنها تنظیم می شود که به آنها پتانسیومتر نیز گفته می شود.

کدخوانی مقاومت ها:

کارخانه های سازنده مقاومت ها برای سهولت در تولید، اندازه های استانداردی را برای ساخت مقاومت ها تعیین می کنند و با نوار های رنگی دور آنها اندازه ی مقاومت ها را مشخص می کنند. در انتها نیز با یک نوار نقره ای یا طلایی درصد خطا را مشخص می کنند. چون ماده ی اصلی ساخت این مقاومت ها کربن می باشد ،به انها مقاومت کربنی نیز گفته می شود.

برای خواندن میزان مقاومت کربنی،آن را جوری دست می گیریم که حلقه ی طلایی یا نقره ای در سمت راست قرار بگیرد. حالا به ترتیب رنگ اولین حلقه از سمت چپ کد رقم اول، دومین حلقه از سمت چپ رقم دوم، و سومین حلقه از سمت چپ رقم n می باشد که n توان دهی است که ضریب 2 عدد قبلی می باشد.(اگر 5 حلقه داشتیم، حلقه ی سوم رقم سوم می باشد و حلقه ی چهارم n است، حلقه ی پنجم هم همون درصد خطاست)

جدول کد رنگ ها بدین صورت می باشد:

رنگ حلقه	عدد مربوط به آن
سیاه	0
قهوه‌ای	1
قرمز	2
نارنجی	3
زرد	4
سبز	5
آبی	6
بنفش	7
خاكستری	8
سفید	9

به عنوان مثال اگر روی یک مقاومت به ترتیب از چپ به راست نوار قهوه ای، سیاه و قرمز باشد اندازه ی مقاومت عبارتست از: یعنی این مقاومت 1000 اهم یا 1 کیلواهم (1K ?)می باشد.

حلقه ی آخر که معمولاً طلایی یا نقره ایست حلقه ی تلورانس نیز نام دارد که در کار ما خیلی اهمیت زیادی ندارد.
به شکل زیر دقت کنید:

به مثال زیر توجه کنید:

نقره ای 4 7 2

پس این مقاومت 270k? یا 270000? می باشد.

مقاومت ها را در مدار بر حسب نوع کاربرد می توانیم به 2 صورت سری و موازی ببندیم:

مقاومت های سری یا متوالی:

اگر چند مقاومت را در مدار به صورت پشت سرهم ببندیم، یعنی هر2مقاومت متوالی در یک سر با هم مشترک باشند (به شکل دقت کنید)، آنگاه می گوییم مقاومت ها را با هم سری کرده ایم

"مقاومت معادل" یعنی مقاومت نهایی کل مجموعه.
برای به دست آوردن مقاومت معادل جند مقاومت که به صورت سری بسته شده اند، کافیست اندازه ی هر مقاومت را با بعدی جمع کنیم یعنی: (Totمخفف کلمه یTotal به معنای کل می باشد)

مثال: مقاومت معادل مجموعه ی زیر بدین صورت است:
? 19=12+4+3

مقاومت های موازی:

اگر چند مقاومت را در مدار به شکلی ببندیم که ابتدا و انتهای همه ی آنها به همدیگر متصل باشند(به شکل دقت کنید)، آنها را با یکدیگر موازی کرده ایم.

برای بدست آوردن مقاومت معادل در این حالت از این فرمول استفاده می کنیم:

مثال: مقاومت معادل مجموعه ی زیر بدین صورت است:

مدارهای الکترونیکی ممکنه ترکیبی از مقاومت های سری و موازی باشند، در این صورت برای به دست آوردن مقاومت معادل باید سعی کنیم مساله را به قسمت های کوچکتر تبدیل کنیم و مقاومت هر قسمت را جداگانه محاسبه و با قسمت دیگر جمع کنیم. به مثال دقت کنید:

خازن:

خازن یک قطعه ی الکتریکی می باشد که می تواند مقداری بار الکتریکی در خود ذخیره کند و در هنگام نیاز به مدار باز گرداند(میزان عبور بار الکتریکی در واحد زمان از یک نقطه را همان جریان الکتریکی آن نقطه می گویند.بار الکتریکی همان الکترون هایی آزادی هستند که وقتی بین 2 قطب حرکت می کنند موجب به وجود آمدن جریان الکتریکی می شوند ). خازن ها انواع گونگونی دارند، از جمله خازن های عدسی، الکترولیتی، سرامیکی و... .

خازن ها از پرکابردترین قطعات الکتریکی هستند که در مدارهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. اگر مایلید که در باره ی خازن ها اطلاعات جامع تری تری داشته باشید می تونید به کتاب « فیزیک 3 و آزمایشگاه» مراجه کنید.

خازن را در طراحی های شماتیک به شکل نمایش می دهند.

میزان باری که در خازن ها ذخیره می شود به ظرفیت انها بستگی دارد.

ظرفیت خازن:
ظرفیت خازن عبارتست از نسبت بار ذخیره شده در خازن به اختلاف پتانسیل 2 سر خازن : که (C)نماد ظرفیت خازن و (q) هم همان بار الکتریکی ذخیره شده در خازن می باشد.

به پاس خدمات فراوان مایکل فارادی ، فیزیکدان انگلیسی، یکای ظرفیت «فاراد» نامیده شده.

نکته ی مهم اینکه خازن ها بعد از پر شدن(قرار گرفتن بار الکتریکی تا حد ظرفیت در آنها را پر شدن می گوییم) دیگر هیچ جریانی را از خود عبور نمی دهند. ما از این خاصیت خازن استفاده های فراوانی خواهیم کرد.

کد خوانی خازن ها:

ظرفیت خازن و ولتاژ مناسب برای خازن ها را کارخانه های سازنده معمولاً روی بدنه ی آنها می نویسند. معمولاً 3 سیستم کد گذاری برای خازن ها وجود دارد:

1- بر روی خازن های بزرگ (معمولاً الكترولیتی) ظرفیت و ولتاژ به صورت مستقیم و واضح نوشته شده، مثلاً خازن زیر 10V و(1000میكروفاراد)1000?F است.
?(میکرو)= 0.000,001= 6- ^10
n (نانو) = 0.000,000,001 =9- ^10
p یا?? (پیکو) = 0.000,000,000,001=12- ^10

نکته ی مهم: همان طور که می بینید روی بدنه ی خازن های الكترولیت، یک نوار کشیده شده که به وسیله ی آن پایه ی – مشخص شده، در این خازن های اگر جای + و - را اشتباه وصل کنیم در اثر پدیده ی فرو شکست خازن می ترکد! در خازن های الكترولیتی نیز، خازن ذوب می‌شود!

2- در خازن های کوچک مثل خازن های عدسی به خاطر کمبود جا اطلاعات رو به صورت خلاصه تر می نویسند. مثلاً روی یك خازن عدد 103J را می بینید، این سیستم مشابهت زیادی با سیستم کد گذاری مقاومت ها دارد، یعنی 2 رقم اول از سمت چپ ، ارقام اول و دوم ،و رقم سوم نیز یک ضریب طبق جدول زیر می باشد.

حرف لاتینی که در آخر نوشته می شود نیز تلورانس یا ضریب خطا می باشد(در خیلی از مقاومت ها اصلاً نوشته نمی شود). در زیر این اعداد گاهی ممکنه یک ولتاژ مثل 10V نوشته شود که ولتاژِ کاری خازن است.

2رقم اول ،ضربدر ضریبی كه رقم سوم آن را نشان می‌دهد، می‌شود ظرفیت خازن بر حسب پیكوفاراد

رقم سوم (Third Digit)	ضریب (Multiplier)
0	1 =100
1	10 =101
2	100 =102
3	1000 =103
4	10000 =104
5	100000 =105
6 یا 7	استفاده نمی شوند
8	0.01
9	0.1

به عنوان مثال خازن زیر 10،0000پیکو فاراد می باشد

و 3- این سیستم کد گذاری خازن ها دقیقاً مشابه همان مقاومت هاست، یعنی ظرفیت خازن با حلقه ها رنگی نمایش داده می شود. این سیستم بسیار کم کاربرد می باشد و لذا ما وارد جزئیات بیشتر آن نمی شویم.

انواع به هم بستن خازن ها

خازن ها نیز مانند مقاومت ها به 2 صورت به هم بسته می شوند: سری و موازی

خازن های سری

در به هم بستن خازن ها به صورت متوالی یا سری ظرفیت معادل مجموعه از فرمول زیر محاسبه می شود
:به عنوان مثال ظرفیت معادل مجموعه ی روبرو برابر است با

نکته: در خازن های سری ، باری که روی همه ی خازن ها ذخیره می شود با هم برابر است(ظرفیت خازن اهمیتی ندارد). توضیح این مطلب نیاز به مقدمات زیادی دارد که فعلاً ما نیازی به آن نداریم.

خازن های موازی

در به هم بستن موازی خازن ها، ظرفیت خازن ها به صورت مستقیم با هم جمع می شوند، یعنی:

C=4+3+12=19: برای مثال ظرفیت معادل مجموعه ی زیر برابر است با

نکته: همونطور که می بینید در حالت موازی، ولتاژی که بر روی پایه های همه ی خازن ها قرار می گیرد مساویست.زیرا 2 سر همه‌ی خازن‌ها به یكدیگر متصل شده است.

اگر در یک مدار چندین خازن به صورت سری و موازی قرار گرفته بودند، ابتدا خازن های موازی را حذف و آنگاه ظرفیت معادل بقیه ی خازن ها را محاسبه می کنیم. به مثال دقت کنید:

یكی از كاربرد‌های بسیار مهم خازن‌ها در كار ما حذف Noise‌ها و امواج زاید می‌باشد، این روش نسبتاً پیچیده می‌باشد ، در جلسات آتی در باره‌ی این روش نیز توضیح خواهیم داد.

دیود:

همانطور که می دانید دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت مخالف در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می‌‌دهند(این مقاومت آنقدر زیاد است که تقریباً عایق می شوند و جریانی عبور نمی دهند).جالبه که بدانید به همین دلیل در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه(Valve )هم می گفتند.

هنگامی که پایه ی مثبت دیود به قطب + منبع تغذیه(باطری یا هر مولد دیگر) و پایه ی منفی آن به قطب – متصل شود، دیود جریان را عبور داده و اگر برعکس وصل شود تقریباً جریان قطع می شود.

برای فعال شدن دیود باید بین 2 سر آن حداقل 0.6 الی 0.7 ولت اختلاف پتانسیل برقرار شود، یعنی اگر کمتر از این مقدار ولتاژ بر روی آن قرار گیرد، دیود هیچ جریانی را از خود عبور نمی دهد. این ولتاژ را ولتاژ آستانه (Forward Voltage Drop) می گویند.

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می کنید(- به + ، + به -)، دیود جریانی بسیار کوچک و در حدA ? یا حتی کمتر از آن را از خود عبور می دهد، ولی این مقدار آنقدر کم است که هیچ تاثیری بر مدارهای ما نخواهد داشت.

نکته ی مهم: دیودها یک آستانه(Limit) برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس از آن بالاتر رود، دیود بر اثر پدیده ی فروشکست می‌‌سوزد و جریان را در هر دو جهت عبور می‌‌دهد. این ولتاژ را آستانه شکست (Break Down) می گویند.

پایه ی منفی دیودها را با یک نوار سفید یا خاکستری رنگ در کنار آن مشخص می کنند.(به شکل دقت کنید)

دیود را در مدارهای شماتیک به شکل نشان می دهند که ترتیب + و - پایه های آن نیز روی شکل مشخص شده.

دسته ی دیگری از دیود ها به نام دیودهای زنر(Zener) وجود دارند که از آنها برای تثبیت ولتاژ استفاده می کنیم. به عنوان مثال با استفاده از این دیودها می توان ولتاژ را روی 5V ثابت نگه داشت. ولی ما برای تثبیت ولتاژ از این قطعه استفاده نخواهیم کرد، زیرا محدودیت هایی دارد که بهتر است به جای آن از قطعات دیگری مثل رگولاتور استفاده شود. در مورد رگولاتور در جلسات آینده توضیح کاملتری داده خواهد شد.

منتظر سوالات و نظرات دوستای خوبم هستم...

آموزش ساخت روبات(جلسه 1)

مطالب مشابه :

آموزش ساخت ربات مسیر یاب

آموزش ساخت روبات(جلسه2)

آموزش ساخت روبات(جلسه10)

ساخت روبات جنگجو

آموزش ساخت روبات(جلسه 1)

آموزش ساخت روبات مسیر یاب

آموزش ساخت روبات

آموزش ساخت روبات(جلسه6)