آموزش مبانی الکترونیک:صفر تا صد

فصل اول: مقدمه

آشنایی با الکترونیک، بازار کار و مسیر پیش رو

الکترونیک شاخه‌ای از علم فیزیک است که به مطالعه و کاربرد اصول الکتریسیته، مغناطیس و مواد نیمه‌هادی می‌پردازد. این علم در دنیای مدرن به یکی از ارکان اصلی صنعت و فناوری تبدیل شده است و زمینه‌های شغلی متنوعی در آن وجود دارد. با یادگیری الکترونیک، می‌توان در زمینه‌های طراحی مدار، تعمیرات، تولید قطعات الکترونیکی، سیستم‌های مخابراتی، رباتیک و غیره فعالیت کرد.

بازار کار الکترونیک به دلیل گسترش روزافزون فناوری‌های نوین و نیاز صنایع مختلف به این تکنولوژی‌ها، همیشه در حال رشد است. مسیر پیش رو برای یک الکترونیک‌دان می‌تواند شامل یادگیری مفاهیم بنیادی، کسب تجربه عملی، و ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر باشد.

فصل دوم: مفاهیم بنیادی

الکتریسیته

الکتریسیته جریان یا حرکت بارهای الکتریکی است. این پدیده اساس بسیاری از فناوری‌ها و سیستم‌های الکترونیکی را تشکیل می‌دهد.

بار الکتریکی

بار الکتریکی ویژگی‌ای است که به ذرات بنیادی مانند الکترون‌ها و پروتون‌ها مربوط می‌شود. دو نوع بار داریم: بار مثبت و بار منفی.

رسانایی

رسانایی، توانایی یک ماده برای انتقال جریان الکتریکی است. مواد با رسانایی بالا مانند فلزات برای انتقال جریان الکتریکی استفاده می‌شوند.

میدان و امواج الکتریکی

میدان الکتریکی از نیرویی که بر بارهای الکتریکی وارد می‌شود، ناشی می‌شود. امواج الکتریکی به انتشار میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در فضا اطلاق می‌شود.

میدان و امواج مغناطیسی

همچنین، هر جریان الکتریکی یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که در طراحی و کاربرد بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی نقش دارد.

مشخصه‌های سیگنال الکتریکی

سیگنال‌های الکتریکی می‌توانند به صورت آنالوگ یا دیجیتال باشند و مشخصه‌هایی مانند ولتاژ، جریان و فرکانس دارند.

ولتاژ، جریان، مقاومت، توان

• ولتاژ: نیرویی که باعث حرکت الکترون‌ها می‌شود.
• جریان: حرکت بارهای الکتریکی است که به واسطه‌ی ولتاژ ایجاد می‌شود.
• مقاومت: خاصیتی از ماده است که مانع از حرکت آزادانه الکترون‌ها می‌شود.
• توان: میزان انرژی مصرفی یا تولیدی در یک مدار الکتریکی.

قانون اهم

قانون اهم بیان می‌کند که جریان در یک مدار الکتریکی متناسب با ولتاژ و معکوس با مقاومت است:

I=VRI = \frac{V}{R}I=RV​

که در آن $I$ جریان، $V$ ولتاژ و $R$ مقاومت است.

فصل سوم: برق

برق شهر

برق شهر معمولاً در دو نوع تک فاز و سه فاز در دسترس است. در این نوع برق، ولتاژ و جریان برای تأمین نیازهای عمومی استفاده می‌شود.

سه فاز، تک فاز

• تک فاز: برای مصارف خانگی و لوازم برقی ساده.
• سه فاز: برای تجهیزات صنعتی و موتورهای بزرگ استفاده می‌شود.

110 و 220 ولت

برق‌های شهری در دو استاندارد ولتاژ 110 ولت و 220 ولت وجود دارند که برای استفاده‌های مختلف به کار می‌روند.

AC و DC

• AC (جریان متناوب): در این نوع جریان، جهت حرکت بارها به طور مداوم تغییر می‌کند.
• DC (جریان مستقیم): در این نوع جریان، حرکت بارها تنها در یک جهت است.

شار

شار به میزان عبور میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی از یک سطح مشخص اطلاق می‌شود.

تولید و انتقال برق

برق از طریق نیروگاه‌ها تولید می‌شود و سپس از طریق شبکه‌های انتقال به مصرف‌کنندگان می‌رسد.

ژنراتور

ژنراتور وسیله‌ای است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

سیم پیچ

سیم‌پیچ‌ها به عنوان inductors در مدارهای الکتریکی برای ذخیره و انتقال انرژی مغناطیسی استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتور

ترانسفورماتور دستگاهی است که برای تغییر ولتاژ در سیستم‌های AC استفاده می‌شود.

فصل چهارم: قطعات

مقاومت، خازن، سلف، دیود، ترانزیستور

• مقاومت: محدودکننده جریان الکتریکی در مدار.
• خازن: برای ذخیره انرژی الکتریکی در مدار استفاده می‌شود.
• سلف: برای ذخیره انرژی مغناطیسی به کار می‌رود.
• دیود: قطعه‌ای که جریان را در یک جهت عبور می‌دهد.
• ترانزیستور: برای تقویت یا قطع جریان الکتریکی در مدارها استفاده می‌شود.

انواع ورودی و خروجی

ورودی و خروجی در مدارهای الکترونیکی به سیگنال‌هایی اطلاق می‌شود که از منابع خارجی به مدار وارد یا از آن خارج می‌شود.

انواع بار

بار الکتریکی می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد، از جمله بارهای ثابت و بارهای متغیر.

انواع موتور

موتورها در انواع مختلف DC، AC و هم‌چنین موتورهای الکتریکی با کاربری‌های خاص طراحی می‌شوند.

معماری کامپیوتر

در معماری کامپیوتر، قطعات الکترونیکی برای پردازش اطلاعات به کار می‌روند و طراحی مدارهای دیجیتال در این زمینه اهمیت ویژه‌ای دارد.

تولید صوت

صوت به‌وسیله‌ی تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به امواج صوتی ایجاد می‌شود.

فصل پنجم: سیگنال

آنالوگ و دیجیتال

• سیگنال آنالوگ: سیگنالی است که تغییرات پیوسته‌ای در زمان دارد.
• سیگنال دیجیتال: سیگنالی است که از واحدهای جداگانه (0 و 1) تشکیل شده است.

کوانتیزاسیون

فرآیند تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال را کوانتیزاسیون می‌نامند.

منطق

منطق در الکترونیک به معنای قوانین و دستورالعمل‌های پردازش داده‌ها است.

گیت‌های منطقی

گیت‌های منطقی از جمله قطعاتی هستند که در مدارهای دیجیتال برای پردازش اطلاعات به کار می‌روند.

مبنا

مبنا به نحوه نمایش داده‌ها و سیستم‌های عددی (مثلاً مبنای 2 برای سیستم باینری) اشاره دارد.

داده، انتقال، ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات

الکترونیک مدرن برای پردازش، ذخیره‌سازی و انتقال داده‌ها از فناوری‌های پیچیده‌ای استفاده می‌کند.

فصل ششم: ابزار و ایمنی

مولتی متر

مولتی‌متر ابزاری است که برای اندازه‌گیری ولتاژ، جریان و مقاومت در مدارهای الکتریکی به کار می‌رود.

منبع تغذیه

منبع تغذیه، ولتاژ و جریان لازم برای مدارهای الکترونیکی را فراهم می‌کند.

ایمنی

ایمنی در کار با الکترونیک به ویژه در محیط‌های صنعتی و آزمایشگاهی از اهمیت بالایی برخوردار است.

برق گرفتگی

یکی از خطرات اصلی در کار با الکترونیک، برق گرفتگی است که می‌تواند آسیب‌های جدی به همراه داشته باشد.

چاه ارت

چاه ارت برای ایمنی در برابر برق گرفتگی و جلوگیری از بروز حوادث الکتریکی طراحی می‌شود.

فصل هفتم: ادامه راه

گام‌های بعدی و ادامه مسیر

پس از یادگیری مبانی الکترونیک، می‌توانید به صورت عملی در پروژه‌ها و کارهای مهندسی الکترونیک مشارکت کنید. همچنین، ادامه تحصیل در این حوزه و یادگیری بیشتر در زمینه‌های تخصصی مانند رباتیک، اینترنت اشیاء (IoT) و مهندسی سیستم‌های پیچیده به شما کمک خواهد کرد که به عنوان یک متخصص حرفه‌ای در این زمینه شناخته شوید.