شماتیک ها نقشه‌ی کلی ما برای طراحی، ساخت و عیب یابی مدارات هستند. فهمیدن چگونگی خواندن و دنبال کردن شماتیک یک مهارت مهم برای هر مهندس الکترونیک است. این آموزش شما را به یک شماتیک خوان با سواد کامل تبدیل می‌کند. در زیر تمامی نمادهای فنی پایه را می‌بینیم:

در ادامه به نحوه اتصال این نمادها برای ساخت یک مدار می‌پردازیم. همچنین چندین نکته را مرور می‌کنیم. خلاصه ما در یادگیری الکترونیک همراه شما هستیم و بصورت رایگان تلاش می‌کنیم شما را کمک کنیم تا الکترونیک یادبگیرید.

نمادهای شماتیک

آیا برای آشنایی با نمادهای قطعات الکترونیکی آماده‌اید؟ در اینجا بعضی از نمادهای اساسی و استاندارد قطعات مختلف آورده شده است.

مقاومت

اساسی ترین قطعه و نماد الکترونیکی! در یک شماتیک مقاومت‌ها معمولا با خطوط زیگزاگ و دو پایانه کشیده شده به سمت بیرون نمایش داده می‌شوند. شماتیک‌های بین المللی ممکن است از یک مستطیل تو خالی برای نمایش مقاومت استفاده کنند.

پتانسیومترها و مقاومت‌های متغیر

مقاومت‌های متغیر و پتانسیومترها هر دو دارای یک پیکان اضافه نسبت به نماد مقاومت معمولی هستند. مقاومت متغیر به صورت یک عنصر دو پایه باقی می‌ماند، بنابراین علامت پیکان به صورت قطری در وسط آن قرار می‌گیرد اما پتانسیومتر یک عنصر سه پایه است بنابراین پیکان به پایه سوم تبدیل می‌شود. (سر وسط )

خازن

دو نماد رایج برای خازن وجود دارد. یک نماد برای خازن پلاریزه (تانتالیوم یا الکترولیتی ) و دیگری برای خازن‌های بدون قطب استفاده می‌شود. در هر دو مورد دو پایه وجود دارد، که به طور عمودی وارد جوشن‌ها می‌شوند.

نماد دارای یک صفحه خمیده نشان دهنده‌ی پلاریته دار بودن خازن است. این صفحه‌ی خمیده کاتد خازن را نشان می‌دهد که باید از قطب مثبت، یعنی آند در ولتاژ پایین تری قرار گیرد. گاهی اوقات یک علامت مثبت نیز ممکن است به پایه مثبت نماد خازن پلاریته دار اضافه شود.

سلف

سلف‌ها معمولا با یک سری برآمدگی‌های خمیده یا حلقه‌های پشت سرهم نشان داده می‌شوند. نماد‌های بین المللی ممکن است سلف را به عنوان یک مستطیل توپر نمایش دهند.

کلید

کلیدها در شکل‌های مختلفی وجود دارند. ساده‌ترین کلید، کلید تک پل تک کنتاکت (SPST)، شامل دو پایه با یک خط نیمه متصل که نمایانگر بخش متحرک (بخشی که پایه‌ها را به هم متصل می‌کند )است می‌شود.

کلیدهای با بیش از یک کنتاکت، مانند SPDT و  SP3T در شکل زیر موقعیت‌های بیشتر برای قرار گرفتن بازوی متحرک را فراهم می‌کنند.

کلیدهای دارای چندین پل، معمولا شامل چند کلید یکسان با یک خط منقطع که بازوهای متحرک را به هم وصل می‌کند می‌شود.

منابع تغذیه

همان‌گونه که انتخاب‌های مختلفی برای تغذیه مدار وجود دارد، نمادهای متنوعی نیز برای مشخص کردن این منابع وجود دارد.

منابع ولتاژ DC یا AC

اغلب مواقع هنگام کار مدارات الکترونیکی ، از منابع ولتاژ ثابت استفاده می‌شود. می‌توانیم از نمادهای زیر برای نمایش منابع جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب استفاده کنیم.

 باتری

باتری‌ها، چه از نوع آلکالاین قلمی یا از نوع لیتیوم-پلیمر شارژی، معمولا شبیه یک جفت خط موازی نامتوازن هستند.

جفت خط‌های بیشتر معمولا به معنی سلول‌های سری شده بیشتر درون باتری است. همچنین خط بلندتر معمولا برای نمایش قطب مثبت و خط کوتاه تر برای قطب منفی به کار می‌رود.

گره ولتاژ

بعضی اوقات، مخصوصا در شماتیک‌های شلوغ، می‌توان نمادهای مخصوصی به گره‌های ولتاژ اختصاص داد. شما می‌توانید قطعات را به این نمادهای یک پایه متصل کنید و آن‌ها مستقیما به 5ولت، 3.3 ولت، VCC یا GND متصل می‌شوند. گره‌های ولتاژ مثبت معمولا با پیکان‌هایی به سمت بالا و گره‌های زمین با یک تا سه خط صاف ( یا گاهی اوقات با یک پیکان به سمت پایین ) نمایش داده می‌شوند.

دیود

دیودهای ساده معمولا با یک مثلث متصل به یک خط نمایش داده می‌شوند. دیودها نیز قطعات قطب دار هستند، بنابراین هر یک از پایه‌های آن‌ها نیاز به علامت مخصوص به خود دارد. قطب مثبت یا آند به سمت تخت مثلث و قطب منفی یا کاتد به سمت خارجی خط صاف متصل است.

انواع مختلفی از دیود وجود دارد که نماد هر کدام از آن‌ها یک تفاوت جزئی با نماد دیود معمولی دارد. دیود‌های نور افشان (LED) دارای نماد شبیه به دیود معمولی اما با چند پیکان به سمت بیرون می‌باشند. فتودیودها که از نور انرژی تولید می‌کنند (در واقع، سلول خورشیدی‌های کوچکی هستند ) دارای نمادی شبیه به LED اما جهت پیکان‌ها به سمت داخل می‌باشند.

دیگر انواع دیودها مانند شاتکی یا زنر، دارای نمادهای مخصوص به خود می‌باشند که هر کدام در قسمت خط متصل به مثلث دارای تفاوت‌های جزئی هستند.

ترانزیستور

ترانزیستورها، چه از نوع BJT یا از نوع MOSFET ، در دو حالت وجود دارند: نوع N و نوع P. بنابراین برای هر کدام از آن‌ها حداقل دو نماد وجود دارد.

ترانزیستور دو قطبی (BJT)

BJT ها عناصر سه پایه هستند. آنها دارای سه پایه به نام‌های کلکتور (C)، امیتر (E) و بیس (B) هستند. دو نوع BJT وجود دارد، NPN و PNP و هر کدام نماد مخصوص به خود را دارند.

پایه‌های کلکتور و امیتر با هم در یک راستا قرار دارند و پایه امیتر دارای یک پیکان است. اگر جهت پیکان به سمت داخل باشد ترانزیستور PNP و اگر به سمت بیرون باشد NPN است.

ترانزیستور اثر میدان (MOSFET)

مانند BJT ها، MOSFET ها نیز دارای سه پایه هستند، اما این بار به نام‌های سورس(S)، درین(D) و گیت (G) و باز هم دو نوع از این نماد بسته به n-channel  یا p-channel بودن MOSFET وجود دارد. چندین مدل نماد برای هر یک از این دو نوع MOSFET وجود دارد.

پیکان وسط نماد (به نام bulk) تعیین می‌کند که ماسفت p-channel یا n-channel است. اگر نوک آن به سمت داخل باشد ماسفت n-channel و اگر به سمت بیرون باشد p-channel است.

گیت‌های منطقی دیجیتال

توابع منطقی استاندارد، AND ، OR ، NOT و XOR ، همگی نمادهای منحصر به فرد دارند.

اضافه کردن یک دایره به خروجی تابع را منفی می‌کند، که برای نمایش گیت‌های NAND ، NOR ، و XNOR به کار می‌رود.

این گیت‌ها ممکن است بیش از دو ورودی داشته باشند، اما شکل کلی آن‌ها تغییری نمی‌کند (ممکن است فقط بزرگتر شوند.) و همچنان نیز یک خروجی خواهند داشت.

مدارات مجتمع یا آیسی

مدارات مجتمع کارهای منحصر بفردی را انجام می‌دهند و تعداد آن‌ها آنقدر زیاد است که نمی‌توان یک نماد مخصوص به هر کدام از آن‌ها اختصاص داد. معمولا یک مدار مجتمع با یک مستطیل نمایش داده می‌شود که پایه‌ها از اطراف آن خارج می‌شوند. هر پایه با یک عدد و یک عملکرد مشخص می‌شود.

نمادهای شماتیک یک میکروکنترلر ATmega328(دیده شده در آردوینوها)، یک آیسی کدگذاری ATSHA204 ، و یک میکروکنترلر ATtiny45 .همانگونه که مشاهده می‌کنید این قطعات در اندازه و تعداد پایه‌ها بسیار متفاوتند.

از آنجایی که نماد بسیار عمومی دارند، نام و مقادیر و برچسب‌های آن‌ها بسیار مهم می‌شود. هر مدار مجتمعی باید یک مقدار که نام آیسی را دقیقا مشخص می‌کند داشته باشد.

آپ امپ‌ها

بعضی از مدارات مجتمع رایج تر دارای نماد مخصوص به خود هستند. آپ امپ‌ها معمولا به شکل زیر با 5 پایه دیده می‌شوند: یک ورودی غیر معکوس کننده (+)، ورودی معکوس کننده (-)، خروجی و دو ورودی تغذیه.

معمولا دو آپ امپ درون یک پکیج ساخته می‌شوند و هر دو از یک پایه برای تغذیه و یک پایه برای زمین استفاده می‌کنند که به همین دلیل نماد سمت چپ تنها سه پایه دارد.

رگولاتورهای ولتاژ

رگولاتورهای ولتاژ ساده معمولا قطعاتی سه پایه با یک ورودی، یک خروجی و یک پایه زمین (یا تنظیم ) هستند. نماد آن‌ها معمولا به صورت یک مستطیل با پایه‌ها در سه سمت چپ (ورودی)، راست (خروجی ) و پایین (زمین/تنظیم) می‌باشد.

کریستال‌ها و نوسان سازها

کریستال‌ها یا نوسان سازها معمولا بخش حیاتی در مدارات میکروکنترلری هستند. آن‌ها در تامین سیگنال کلاک نقش دارند. نماد کریستال معمولا دو پایه دارد اما رزوناتورها که دو خازن به کریستال اضافه می‌کنند، معمولا سه پایه دارند.

هدرها و کانکتورها

چه برای تامین توان یا ارسال اطلاعات، کانکتورها در اکثر مدارات مورد نیازاند. نماد آن‌ها بستگی به شکل کانکتور تغییر می‌کند، برای نمونه:

ترانسفورمر

این موارد را در یک دسته با هم قرار دادیم زیرا تقریبا همه‌ی آن‌ها از سیم پیچ استفاده می‌کنند. ترانسفورمرها معمولا شامل دو سیم پیچ می‌شوند که روبروی هم قرار گرفته‌اند و با دوخط از یکدیگر جدا شده‌اند:

رله

رله‌ها معمولا ترکیب یک سیم پیچ و یک کلید هستند.

بلندگو

نماد اسپیکرها و بازرها معمولا شبیه به همتای خود در دنیای واقعی است.

موتور

موتورها معمولا شامل یک حرف M داخل یک دایره هستند که گاهی اوقات دارای جزئیات بیشتری در قسمت ترمینال‌ها هستند.

فیوزها و PTC

فیوزها و PTC ، قطعاتی که برای محدود کردن افزایش‌های ناگهانی جریان به کار می‌روند، هر کدام نماد مخصوص به خود را دارند.

سمبل PTC در واقع نماد عمومی یک ترمیستور است که یک مقاومت وابسته به دماست (به نماد بین المللی مقاومت درون آن توجه کنید).

بدون شک بسیاری از نمادهای الکترونیکی در این لیست آورده نشده‌اند، اما مواردی که در بالا ذکر شده‌اند تقریبا سوادی 90% ای را در خواندن شماتیک برای شما فراهم می‌کنند. به طور کلی نمادها باید تا حد زیادی به قطعات واقعی خود شبیه باشند. علاوه بر نماد هر عنصر در شماتیک باید یک نام و مقدار منحصر به فرد نیز داشته باشد که هر چه بیشتر به شناسایی آن کمک کند.

تعیین کننده‌های نام و مقادیر

یکی از مهم‌ترین موارد در خواندن شماتیک قابلیت تشخیص دادن قطعات از یکدیگر است. نمادهای قطعات تنها نیمی از داستان را روایت می‌کنند، اما هر نماد باید دارای یک نام و مقدار نیز باشد تا آن را تکمیل کند.

نام‌ها و مقادیر

مقادیر به طور دقیق تعیین می‌کنند که یک عنصر چیست. برای قطعاتی مانند مقاومت، خازن و سلف مقادیر به ما می‌گویند که هر کدام از آن‌ها چند اهم، فاراد یا هانری هستند. برای دیگر قطعات مانند مدارات مجتمع مقدار آن‌ها می‌تواند نام آیسی باشد. برای کریستال‌ها مقدار آن‌ها نشان دهنده فرکانس نوسان آن‌هاست. به طور کلی مقدار یک عنصر در شماتیک مهم ترین مشخصه آن را اعلام می‌کند.

نام قطعات معمولا ترکیبی از یک یا دو حرف و یک عدد می‌باشد. بخش حرفی نام نوع قطعه را مشخص می‌کند، R برای مقاومت، C برای خازن، U برای مدارات مجتمع و غیره. اسم هر یک از قطعات در شماتیک باید منحصر به فرد باشد، برای مثال اگر چندین مقاومت در مدار وجود داشته باشد باید به صورت R1 ، R2 ، R3 و غیره نام گذاری شوند.

پیشوندهای نام‌ها استانداردسازی شده هستند. برای قطعاتی مانند مقاومت‌ها پیشوند آن‌ها فقط اولین حرف نام المان می‌باشد. بقیه پیشوندهای نام‌ها خیلی لفظی نیستند، برای مثال سلف‌ها با L مشخص می‌شوند. (زیرا جریان قبلا I را تصرف کرده است). در زیر جدولی مختصر از قطعات رایج و پیشوندهای اسم آن‌ها آورده شده است:

نوع قطعه	تعیین کننده نام
مقاومت	R
خازن	C
سلف	L
کلید	S
دیود	D
ترانزیستور	Q
مدار مجتمع	U
کریستال و اسیلاتور	Y

 

با اینکه این نام‌ها برای نماد‌های قطعات استانداردسازی شده‌اند، اما به طور جهانی از آن‌ها پیروی نمی‌شود. ممکن است آیسی‌ها با پیشوند IC به جای U خوانده شوند یا از کریستال‌ها به عنوان XTAL به جای Y نام برده شود. از حداکثر منطق خود برای تشخیص قطعات بهره بگیرید. نماد قطعه معمولا اطلاعات کافی را می‌رساند.

خواندن شماتیک

تشخیص دادن قطعات از یکدیگر در شماتیک نیمی از مسیر خواندن آن است. نیم دیگر آن فهمیدن این موضوع است که تمامی این قطعات چگونه به یکدیگر متصل شده‌اند.

نت‌ها، گره‌ها و برچسب‌ها

نت‌های شماتیک به شما می‌گویند که قطعات در مدار چگونه به هم متصل شده‌اند. نت‌ها به صورت خطوطی بین پایه‌های قطعات نمایش داده می‌شوند. بعضی اوقات (نه همیشه) آن ها به رنگ خاصی هستند، مانند خطوط سبز در شماتیک زیر:

پیوندگاه‌ها و گره‌ها

سیم‌ها می‌توانند دو ترمینال را به هم وصل کنند، یا می‌توانند چندین عدد از آن‌ها را به هم وصل کنند. وقتی یک سیم به دو شاخه در دو جهت تقسیم می‌شود، یک پیوندگاه می‌سازد. پیوندگاه‌ها در شماتیک به گره نمایش داده می‌شوند که نقطه‌های ریزی در محل تقاطع سیم‌ها هستند.

گرهها راهی برای نمایش به هم متصل بودن بودن سیم‌های گذرنده از روی هم در یک نقطه هستند. عدم وجود گره در محل تقاطع دو سیم به این معنی است که آن دو سیم فقط از روی هم می‌گذرند و به هم متصل نیستند. (هنگام طراحی شماتیک بهتر است این نوع تقاطع‌های غیر متصل پرهیز شود، اما گاهی اوقات این امر اجتناب ناپذیر است ).

نام‌های نت‌ها

بعضی اوقات برای خوانا تر کردن شماتیک به جای سیم کشیدن در شماتیک به یک نت اسمی می‌دهیم و آن را برچسب گذاری می‌کنیم. فرض شده است که نت‌های با اسم یکسان به یکدیگر متصل‌اند، با این که سیمی بین آن‌ها نیست. نام‌ها می‌توانند مستقیما روی نت نوشته شوند یا می‌توانند به صورت تگ‌هایی به سیم‌ها متصل باشند.

هر نت به نت‌های دیگر با نام یکسان متصل است، مانند این شماتیک که مربوط به برک اوت برد FT231X است. نام‌ها و برچسب‌ها از آشفته شدن بیش از حد شماتیک جلوگیری می‌کنند. (تصور کنید اگر تمامی این نت‌ها با سیم به یکدیگر متصل شده بوده‌اند).

معمولا به نت‌ها اسامی داده می‌شود که وظیفه‌ی سیگنال آن نت را نیز مشخص می‌کند. برای مثال نت‌های تغذیه ممکن است به عنوان “5V” یا “VCC” نام گذاری شوند یا نت‌های ارتباط سریال  با نام‌های “RX” یا “TX”.

نکات خواندن شماتیک

تشخیص بلوک‌ها

شماتیک‌های بسیار گسترده و بزرگ باید به چندین بلوک کاربردی تقسیم شوند. ممکن است یک بخش برای ورودی تغذیه و تنظیم ولتاژ و یک بخش برای میکروکنترلر یا یک بخش به کانکتورها اختصاص داده شود. طراحان بسیار خوب شماتیک ممکن است مدار را مانند یک کتاب طراحی کنند، ورودی‌ها در سمت چپ و خروجی‌ها در سمت راست.

اگر طراح شماتیک خیلی خوش سلیقه باشد، ممکن است شماتیک را به بخش‌های منطقی و برچسب‌دار تقسیم کند.

تشخیص گره‌های ولتاژ

گره‌ها یا نود‌های ولتاژ عناصر شماتیکی تک پایه‌ای هستند که می‌توانیم متصل کردن پایه‌های قطعات دیگر به آن‌ها ولتاژ بخصوصی را به آن‌ها اختصاص دهیم. این‌ها یک کاربرد خاص از نام نت‌ها هستند، به این معنی که تمامی پایه‌هایی که به گره‌های ولتاژ با نام مشابه متصل شده‌اند به یکدیگر متصل‌اند.

گره‌های ولتاژ با نام یکسان، مانند GND ، 5V ، و 3.3V ، همگی به موارد مشابه خود متصل اند، حتی اگر بین آن‌ها سیمی مشاهده نشود.

گره ولتاژ زمین مخصوصا بسیار پرکاربرد است، زیرا بسیاری از قطعات احتیاج به یک اتصال به زمین دارند.

دیتاشیت قطعات

اگر چیزی در شماتیک هست که منطقی به نظر نمی‌رسد، به دنبال دیتاشیت برای مهم ترین عنصر بگردید. معمولا قطعه‌ای که بیشترین کار را در یک مدار انجام می‌دهد یک مدار مجتمع مانند یک میکروکنترلر یا سنسور است. این قطعات معمولا بزرگترین و اغلب واقع شده در مرکز شماتیک هستند.

 

امیداوارم این آموزش هم برایتان مفید بوده باشد.

 

منبع:  میکرودیزاینرالکترونیک