به راهنمای مبتدیان مهندسی الکترونیک مدارباز خوش آمدید!
این راهنما برای تازه‌آموزان با سابقه مهندسی الکترونیک کم یا بدون پیش‌زمینه، و همچنین علاقه‌مندانی که به دنبال کشف این زمینه جذاب هستند، عالی است. هدف ما آموزش اصول مهندسی الکترونیک به روشی ساده و قابل درک، با مثال های مرتبط و حداقل اصطلاحات فنی است. در طول این راهنما، شما با موضوعات مهمی مانند اصول اولیه مدارها، اجزای کلیدی مانند مقاومت ها، خازن ها و ترانزیستورها و نحوه طراحی مدارهای ساده با استفاده از این قطعات آشنا خواهید شد.
الکتریسیته حرکت الکترون ها از یک نقطه به نقطه دیگر است. الکترون ها انرژی را حمل می کنند و حرکت آنها جریان الکتریکی را ایجاد می کند. این جریان الکتریکی برای تغذیه دستگاه ها و انجام وظایف مختلف در سیستم های الکترونیکی استفاده می شود.
مدار الکترونیکی یک مسیر حلقه بسته است که از طریق آن جریان الکتریکی برای انجام یک عملکرد خاص جریان می یابد. یک مدار پایه شامل یک منبع تغذیه، یک یا چند قطعه الکترونیکی و مسیرهای رسانایی است که قطعات را به هم متصل می کند.
مقاومت ها شدت جریان را در مدار محدود می کنند. آنها در مقادیر مختلفی هستند که با شاخص اهم (Ω) اندازه گیری می شوند. مقاومت بالاتر به این معنی است که یک مقاومت اجازه می دهد جریان کمتری از آن عبور کند.
خازن ها اجزایی هستند که انرژی الکتریکی را به طور موقت ذخیره می کنند. آنها می توانند برای تثبیت ولتاژ، فیلتر سیگنال ها یا ذخیره انرژی برای استفاده در زمان های مختلف استفاده شوند. ظرفیت خازن ها با واحد فاراد (F) اندازه گیری می شود.
سلف ها قطعاتی هستند که انرژی را پس از اعمال ولتاژ در میدان مغناطیسی ذخیره می کنند. آنها با تغییرات در شدت جریان مخالف هستند و می توانند برای فیلتر کردن یا پروژه های زمان بندی استفاده شوند. سلف ها با واحد هانری (H) اندازه گیری می شود.
ترانزیستورها برای تقویت یا کنترل جریان الکتریکی در مدار استفاده می شوند. آنها را می توان به عنوان سوئیچ، تقویت کننده، یا در بسیاری از کاربردهای دیگر به عنوان بلوک اصلی ساختمان الکترونیک مدرن استفاده کرد. دو نوع اصلی ترانزیستور وجود دارد:
قانون اهم یک اصل اساسی است که بر رابطه بین جریان الکتریکی، ولتاژ و مقاومت حاکم است. این قانون بیان می کند که جریانی که از یک هادی بین دو نقطه می گذرد با ولتاژ دو نقطه نسبت مستقیم دارد و با مقاومت بین آن نقطه نسبت معکوس دارد. فرمول قانون اهم I = V/R است که در آن I جریان، V ولتاژ و R مقاومت است.
قوانین Kirchhoff به ما کمک می کند تا رفتار مدارهایی با اجزای متعدد را درک کنیم. قانون اول، قانون جريان Kirchhoff (KCL)، بيان مي كند كه كل جريان وارد شده به يك گره (اتصال) در مدار بايد با كل جريان خروجي از گره برابر باشد. قانون دوم، قانون ولتاژ Kirchhoff (KVL)، بیان می کند که مجموع تمام افت ولتاژ در اطراف هر حلقه بسته در یک مدار باید برابر با صفر باشد.
مدارهای آنالوگ با سیگنال های متغیر پیوسته مانند سیگنال های صوتی و تصویری سروکار دارند. این سیگنال ها توسط پدیده های فیزیکی مانند صدا یا نور ایجاد می شوند و برای پردازش آنها به اجزای تخصصی نیاز دارند.
مدارهای دیجیتال با سیگنال های گسسته ای سروکار دارند که فقط می توانند تعداد محدودی از مقادیر را دریافت کنند، مانند ارقام 0 و 1. این سیگنال ها معمولاً توسط قطعات الکترونیکی مانند گیت های منطقی تولید می شوند و می توانند برای انجام محاسبات پیچیده یا ایجاد سیستم های خودکار دستکاری شوند.
نقشه های شماتیک نمودارهایی هستند که نشان دهنده ارتباط بین اجزا در یک مدار الکترونیکی هستند. از آنها برای ارتباط نحوه ساخت مدارها و نحوه عملکرد آنها استفاده می شود.
طراحی چیدمان PCB (Printed Circuit Board) فرآیند چیدمان قطعات بر روی برد مدار چاپی است. این کار شامل انتخاب ردپای قطعات، چیدمان قطعات برای جلوگیری از تداخل، و مسیریابی اتصالات بین اجزا برای اطمینان از اتصال صحیح الکتریکی آنها است.
شبیه سازی برای آزمایش عملکرد یک مدار الکترونیکی بدون نیاز به ساخت واقعی آن استفاده می شود. این کار با ایجاد یک مدل دیجیتالی از مدار و اجرای شبیه‌سازی با ورودی‌ها و خروجی‌های مختلف انجام می‌شود تا بررسی شود که مطابق انتظار رفتار می‌کند یا نه.
تکنیک های اشکال زدایی برای شناسایی و تصحیح خطاها در مدار الکترونیکی استفاده می شود. روش های متداول برای اشکال زدایی یا عیب یابی شامل بازرسی بصری، تحلیلگرهای منطقی، اسیلوسکوپ ها و ژنراتورهای سیگنال است.
حالت‌های خرابی، شامل رایج‌ترین شرایطی هستند که در آن یک مدار الکترونیکی ممکن است از کار بیفتد. این حالت ها شامل باز ماندن مدار، اتصال کوتاه در مدار، گرمای بیش از حد ایجاد شده در مدار، ESD (تخلیه الکترواستاتیک) و فرسودگی یا تخریب قطعات می باشد. دانستن این حالت های خرابی به شناسایی مشکلات احتمالی کمک می کند و به ما کمک می کند مدار را به گونه ای طراحی کنیم که خطر خرابی را به حداقل برسد.
استراتژی های تست برای آزمایش یک مدار الکترونیکی از نظر عملکرد و قابلیت اطمینان استفاده می شود. روش‌های رایج شامل تشخیص، تست عملکرد، تست استرس و تست‌های سوختگی است. دانستن این استراتژی ها به شناسایی مشکلات احتمالی قبل از آزاد شدن مدار برای تولید کمک می کند.
اصول منبع تغذیه بخش اساسی درک نحوه کار مدارهای الکترونیکی است. آنها برق را به قطعات یک مدار الکترونیکی می دهند و ولتاژ و جریان را تنظیم می کنند تا دستگاه به درستی کار کند. انواع رایج منابع تغذیه شامل آداپتورهای AC/DC، باتری‌ها و سلول‌های خورشیدی است.
باتری ها برای ذخیره انرژی برای استفاده در دستگاه های الکترونیکی استفاده می شوند. آنها در اشکال و اندازه های مختلف، از سلول های کوچک به اندازه سکه گرفته تا باتری های بزرگ ذخیره سازی سرب-اسید وجود دارند. درک نحوه عملکرد باتری ها برای طراحی مدارهای کارآمد که عمر باتری را به حداکثر می رساند، مهم است.
مدیریت توان فرآیند کنترل و بهینه سازی استفاده از توان در یک سیستم الکترونیکی است. این شامل تکنیک‌هایی مانند تنظیم ولتاژ، ویژگی‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی، و عملکرد حالت بی‌کار است تا اطمینان حاصل شود که دستگاه‌ها از انرژی به‌طور کارآمد استفاده می‌کنند.
ESD (تخلیه الکترواستاتیک) فرآیند جلوگیری از آسیب الکتریسیته ساکن به قطعات الکترونیکی است. این شامل اقداماتی مانند استفاده از تشک ها و مچ بند های ضد الکتریسیته ساکن، اجتناب از تماس با مواد رسانا و دور نگه داشتن دستگاه ها از منابع میدان های الکتریکی بالقوه مضر است.
مدیریت حرارت هنگام کار با وسایل الکترونیکی مهم است زیرا می تواند بر عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر بگذارد. روش های متداول مدیریت گرما شامل استفاده از هیت سینک ها و فن ها، دفع گرمای اضافی از قطعات و نظارت بر دما برای اطمینان از گرم نشدن دستگاه ها می باشد.
زمین کردن یا ارثینگ فرآیند اتصال یک مدار یا قطعه الکترونیکی به یک نقطه مرجع، معمولاً زمین است. این اقدام به اطمینان از تخلیه ایمن ولتاژهای سرگردان کمک می کند و از آسیب احتمالی قطعات ناشی از افزایش ولتاژ یا سیم کشی نادرست جلوگیری می کند.
لحیم کاری تکنیکی است که برای اتصال مکانیکی اجزا در یک مدار الکترونیکی با ذوب لحیم در اطراف آنها استفاده می شود. این کار یک مهارت ضروری برای هر مهندس الکترونیک و یا علاقمند به الکترونیک است و برای توسعه مهارت نیاز به تمرین دارد.
لحیم‌زدایی فرآیندی است که در آن قطعات از برد مدار یا سایر بسترها با ذوب کردن لحیم کاری و بلند کردن آنها با ابزارهایی مانند موچین یا پمپ‌های خلاء خارج می‌شود. این مهارت اغلب هنگام تعمیر یا اصلاح مدار موجود مورد نیاز است.
عیب یابی اتصالات لحیم کاری فرآیند شناسایی و اصلاح هر گونه مشکل در کیفیت اتصالی است که با لحیم ایجاد شده است. این فعالیت شامل بازرسی لحیم‌های سرد یا شکسته، بررسی یکپارچگی اتصالات، و تمیز کردن برای حذف شار اضافی یا سایر آلاینده‌ها است.
عیب یابی فرآیند شناسایی و اصلاح مشکلات در یک مدار الکترونیکی است. این فعالیت شامل استفاده از ابزارهای آزمایشی برای اندازه‌گیری مدارهای ردیابی سیگنال‌های مختلف با مولتی متر یا اسیلوسکوپ و انجام تست‌های جداسازی خطا برای مشخص کردن هر گونه مشکل است.
جداسازی خطا فرایندی است که یک مشکل در مدار الکترونیکی به صورت مجزا و با شناسایی دلیل وقوع آن خطا شناسایی می شود. این فعالیت شامل آزمایش و تجزیه و تحلیل سیستماتیک است، تمرکز بر یک قطعه در یک زمان تا زمانی که علت اصلی شناسایی شود.
استراتژی های اشکال زدایی روش هایی هستند که برای کمک به شناسایی و حل مشکلات در مدارهای الکترونیکی سریعتر و کارآمدتر استفاده می شوند. این موارد می تواند شامل استفاده از تجهیزات تست، ابزارهای ویژه رفع اشکال یا نرم افزارهای تست خودکار باشد.
تضمین کیفیت فرآیندی است که طی آن اطمینان حاصل می شود که یک محصول با استانداردهای خاصی از عملکرد، قابلیت اطمینان و ایمنی مطابقت دارد. این فعالیت شامل آزمایش قطعات و سیستم ها برای شناسایی هر گونه مشکل یا ضعف بالقوه قبل از تبدیل شدن به یک مشکل است.
طراحی برای قابلیت اطمینان روشی است که برای به حداقل رساندن احتمال خرابی در یک سیستم الکترونیکی استفاده می شود. این اقدام شامل انتخاب دقیق قطعات، استفاده از شیوه‌های طراحی قوی، و آزمایش برای تأیید اینکه سیستم به طور قابل اعتماد در محیط مورد نظر خود کار می‌کند، می‌باشد.
شیوه‌های طراحی قوی تکنیک‌هایی هستند که برای بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد یک محصول الکترونیکی استفاده می‌شوند. این کار شامل استفاده از اجزای اضافی، ایجاد مکانیسم‌های تحمل خطا، و آزمایش گسترده در مرحله طراحی برای شناسایی هرگونه ضعف یا مشکل بالقوه است.
سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) توانایی یک دستگاه الکترونیکی برای کار مطمئن در محیط مورد نظر خود بدون ایجاد یا تحت تاثیر قرار گرفتن تداخل الکترومغناطیسی است. که شامل اطمینان از مطابقت دستگاه با استانداردها و مقررات مربوطه است.
مقررات ایمنی قوانینی هستند که الزاماتی را برای نحوه طراحی و تولید محصولات برای اطمینان از ایمن بودن و استفاده از آنها تعیین می کنند. و شامل انطباق با استانداردهای ایمنی و همچنین فرآیندهای آزمایش و صدور گواهینامه می شود.
تست انطباق فرآیندی است برای بررسی اینکه یک محصول با الزامات مقررات و استانداردهای ایمنی مربوطه مطابقت دارد یا نه. تست انطباق شامل آزمایش اجزا و سیستم ها برای اطمینان از ایمن و قابل اعتماد بودن آنها و همچنین تأیید صحت هر گونه مستندات است.
پایداری در طراحی رویکردی است که برای به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی یک محصول الکترونیکی استفاده می شود. پایداری در طراحیش شامل استفاده از مواد پایدار، کاهش ضایعات و طراحی محصولاتی است که دوام بیشتری داشته باشند و در عین حال انرژی کمتری مصرف کنند.
مدیریت ضایعات فرآیندی است که در آن مواد خطرناک یا غیر خطرناک مورد استفاده در تولید و بهره برداری از یک دستگاه الکترونیکی استفاده می شود. مدیریت پسماند شامل بازیافت قطعات، استفاده از روش‌های دفع ایمن و حصول اطمینان از استفاده صحیح از مواد خطرناک است.
مدیریت ریسک فرآیند شناسایی، ارزیابی و مدیریت هر گونه خطر احتمالی مرتبط با یک دستگاه الکترونیکی است.مدیریت ریسک در اینجا شامل خطرات زیست محیطی مانند آلودگی هوا یا آلودگی آب و همچنین خطرات عمومی تر برای سلامت و ایمنی می شود.
انطباق با مقررات فرآیندی است که طی آن اطمینان حاصل می شود که یک محصول تمام مقررات ایمنی و زیست محیطی مربوطه را رعایت می کند. که شامل اطمینان از مطابقت محصول با استانداردهای صنعت و همچنین قوانین محلی یا ملی است که ممکن است اعمال شود.
آزمایش و صدور گواهینامه محصول فرآیندی است برای تأیید اینکه یک محصول تمام مقررات ایمنی و محیط زیست مربوطه را رعایت می کند. این اقدام شامل آزمایش های گسترده برای اطمینان از اینکه یک محصول تمام استانداردهای لازم را دارد و همچنین دریافت هر گونه گواهینامه لازم را شامل می شود.
الزامات مستندسازی قوانینی در مورد نحوه مستندسازی محصولات قبل از فروش یا استفاده در بازارهای خاص هستند. این مدارک شامل ارائه اطلاعات دقیق در مورد محصول، عملکرد آن و هرگونه هشدار ایمنی است.
فرآیندهای تضمین کیفیت اقداماتی هستند که برای اطمینان از اینکه محصولات قبل از عرضه، استانداردهای خاصی از کیفیت را رعایت می کنند، انجام می شود. این کار معمولا شامل آزمایش قطعات و سیستم ها در مرحله طراحی و همچنین اجرای آزمایش های دقیق تر روی محصولات نهایی است.
بررسی طراحی جلساتی است که برای ارزیابی طراحی و عملکرد یک محصول قبل از عرضه برگزار می شود. این جلسات شامل تجزیه و تحلیل انتقادی محصول از هر دو دیدگاه فنی و غیر فنی، برای شناسایی هر گونه مسائل بالقوه یا زمینه های بهبود است.
کنترل کیفیت فرآیند آزمایش محصولات برای اطمینان از ساخت آنها بر اساس یک استاندارد مشخص است. این فعالیت شامل بررسی دقیق قطعات، سیستم‌ها و محصولات نهایی و همچنین اطمینان از رعایت تمام الزامات ایمنی لازم است.
فرآیندهای عیب یابی روش هایی هستند که برای شناسایی و حل هر گونه مشکل در یک محصول الکترونیکی استفاده می شوند. این فرایندها شامل تجزیه و تحلیل سیستماتیک سیستم برای تعیین علت مشکل و همچنین اقداماتی برای اصلاح آن است.
پشتیبانی فنی کمکی است که توسط یک تولید کننده یا ارائه دهنده خدمات در زمانی که مشتریان با یک محصول الکترونیکی با مشکل مواجه می شوند ارائه می شود. این کار معمولاً شامل ارائه مشاوره در مورد چگونگی حل یک مشکل و همچنین ارائه هرگونه ارتقاء نرم افزاری یا سخت افزاری است.
اسناد و راهنمای کاربر، مواد مکتوبی هستند که دستورالعمل های دقیقی را در مورد نحوه استفاده از یک دستگاه الکترونیکی ارائه می دهند. این مستندات شامل اطلاعاتی درباره ویژگی‌های محصول، سیستم عامل و هرگونه هشدار ایمنی است.
راه اندازی و عرضه محصول فرآیند عرضه یک محصول جدید به بازار است. این اقدام شامل راه‌اندازی کانال‌های توزیع، تبلیغ محصول و ارائه پشتیبانی مشتری در مواقع ضروری است.
پایان عمر فرآیند بازنشستگی یک محصول و توقف هرگونه پشتیبانی مرتبط است. این اقدام معمولاً شامل اطلاع رسانی به مشتریان مبنی بر اینکه محصول دیگر در دسترس نخواهد بود و همچنین ارائه مشاوره در مورد گزینه های جایگزین است.
به روز رسانی و ارتقاء محصول تغییراتی هستند که در یک محصول موجود به منظور بهبود عملکرد یا بهبود عملکرد آن ایجاد می شود. این کار شامل انتشار نسخه های جدید یک محصول و همچنین ارائه به روز رسانی نرم افزاری و سخت افزاری در صورت لزوم می شود.
تحقیقات بازار فرآیند جمع آوری داده ها در مورد نیازهای مشتری، روندهای صنعت و محصولات رقبا به منظور ایجاد یک استراتژی بازاریابی موثر است. این اقدام شامل نظرسنجی، گروه های متمرکز و مصاحبه با مشتریان بالقوه است.
موقعیت یابی محصول فرآیندی است که تعیین می کند یک محصول چگونه باید در بازار نسبت به رقبای خود قرار گیرد. این فعالیت شامل در نظر گرفتن عواملی مانند قیمت، ویژگی ها، کیفیت و خدمات مشتری هنگام ایجاد یک پیشنهاد فروش منحصر به فرد برای محصول است.
تبلیغات و ترویج روش هایی هستند که برای ایجاد آگاهی از یک محصول در بازار استفاده می شوند و شامل کمپین های تبلیغاتی سنتی و همچنین تکنیک های مدرن تر مانند بهینه سازی موتورهای جستجو (SEO) و بازاریابی رسانه های اجتماعی می شود.
الزامات نظارتی تعهدات قانونی هستند که باید به منظور تولید، فروش و توزیع محصولات الکترونیکی رعایت شوند. این الزامات شامل مقررات ایمنی، استانداردهای صنعتی و مقررات زیست محیطی است.
آزمون انطباق فرآیندی است که برای اطمینان از اینکه محصولات تمام الزامات نظارتی قابل اجرا را برآورده می کنند استفاده می شود. این آزمون شامل آزمایش محصول برای هر گونه مشکل یا خطر احتمالی و همچنین تأیید اینکه استانداردهای لازم را برآورده می کند، می باشد.
تضمین کیفیت مجموعه ای از اقداماتی است که برای اطمینان از کیفیت و قابلیت اطمینان یک محصول استفاده می شود و شامل انجام آزمایشات و بازرسی های منظم به منظور شناسایی هر گونه نقص یا مشکل بالقوه در محصول است.
تدارکات فرآیند خرید مواد و اجزای لازم برای تولید یک محصول الکترونیکی است که شامل تحقیق در مورد تامین کنندگان بالقوه، مذاکره در مورد قراردادها و اطمینان از سفارش به موقع تمام اقلام ضروری است.
مدیریت موجودی، فرآیند مدیریت سطوح موجودی یک محصول است و شامل ردیابی سطوح موجودی، سفارش سهام جدید در صورت لزوم، و راه اندازی سیستم هایی برای نظارت بر زنجیره تامین است.
لجستیک فرآیند ذخیره سازی، حمل و نقل و تحویل محصول از سازنده به مقصد نهایی است و شامل اطمینان از تحویل به موقع مواد و همچنین هماهنگی کلیه اسناد و مدارک لازم است.
کنترل کیفیت مجموعه ای از اقدامات مورد استفاده برای اطمینان از مطابقت محصولات با استانداردهای مورد نیاز است. که شامل انجام آزمایشات منظم، بازرسی اجزای ورودی و حل هر گونه مشکل قبل از رسیدن به مشتری است.
پشتیبانی فنی فرآیند ارائه کمک به مشتریانی است که قادر به استفاده صحیح از محصول نیستند یا در حین استفاده با مشکلی مواجه شده اند و شامل عیب‌یابی مشکلات، ارائه منابع آنلاین و ارائه مشاوره در مورد نحوه بهترین استفاده از محصول است.
خدمات مشتری فرآیند ارائه کمک به مشتریانی است که سؤال یا مشکلی در مورد محصول دارند. این خدمات شامل پاسخ دادن به سؤالات مشتری، حل و فصل هر گونه مشکلی است که ممکن است داشته باشند و اطمینان حاصل شود که تجربه کلی آنها با محصول رضایت بخش است.
مدیریت گارانتی فرآیند مدیریت ادعاهای گارانتی برای یک محصول است و شامل ردیابی هرگونه ادعایی است که درباره محصول مطرح شده است و همچنین اقداماتی برای حل و فصل به موقع آن است.
به‌روزرسانی‌های محصول تغییرات و بهبودهایی هستند که در یک محصول موجود ایجاد می‌شوند. این موارد می تواند شامل رفع اشکال، بهبود عملکرد یا ویژگی های جدیدی باشد که محصول را برای مشتریان مفیدتر می کند. انجام اقدامات برای به روز نگه داشتن محصول برای رضایت و وفاداری مشتری ضروری است.
پایداری به تأثیر طولانی مدت زیست محیطی یک محصول مربوط می شود و شامل اقداماتی برای کاهش مصرف انرژی، استفاده از مواد پایدار و به حداقل رساندن ضایعات در فرآیندهای تولید است. با ترویج پایداری در یک سازمان، شرکت ها می توانند اطمینان حاصل کنند که محصولات آنها سازگار با محیط زیست هستند و انتظارات مشتری را برآورده می کنند.
بهره وری انرژی اندازه گیری میزان انرژی مصرف شده توسط یک محصول یا فرآیند در مقایسه با خروجی آن است. شرکت ها باید تلاش کنند تا از کارآمدترین فناوری ممکن برای کاهش مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست استفاده کنند.
مواد پایدار موادی هستند که به گونه ای تولید شده اند که اثرات زیست محیطی آنها به حداقل برسد. این ویژگی شامل استفاده از مواد بازیافتی یا تجدید پذیر و همچنین اجتناب از موادی است که می تواند برای محیط زیست خطرناک باشد.
کاهش ضایعات فرآیند به حداقل رساندن میزان زباله تولید شده توسط یک محصول یا فرآیند است و شامل یافتن راه هایی برای استفاده مجدد از مواد، بازیافت در صورت امکان و به حداقل رساندن بسته بندی است.
دور ریختن محصول فرآیند دفع ایمن یک محصول در پایان چرخه عمر آن است که می‌تواند شامل ایجاد تمهیداتی برای بازیافت یا تغییر کاربری اجزا و همچنین اطمینان از دفع مواد خطرناک به روشی سازگار با محیط‌زیست باشد.
با برداشتن گام هایی برای ارتقای پایداری در یک سازمان، شرکت ها می توانند اطمینان حاصل کنند که محصولات و فرآیندهای آنها سازگار با محیط زیست بوده و انتظارات مشتری را برآورده می کند. علاوه بر این، آنها می توانند اطمینان حاصل کنند که عملیات آنها از نظر زیست محیطی مناسب است و به مقررات مربوطه پایبند است. با انجام این کار، آنها می توانند مباشران آینده ای پایدار باشند.
