قبل از هر چيز کمي درباره اصول الکترونيک صحبت کنيم:

الکترونيک تقريبا با اختراع ترانزيستور شروع شد البته قبلش هم وجود داشت اما اين همه تاثير گذار نبود، ترانزيستور يک عنصر سه پايه است که کارش تنظيم جريان عبوري با کمک ولتاژ ورودي است ... سخت شد نه؟
از اول توضيح ميدهم: همان طور که ميدانيد يک بورد الکترونيکي در حقيقت يک سري مسير براي عبور الکترون ها است و جريان و ولتاژ هم دو پارامتر اصلي براي توصيف الکترون هاي عبوري از هر قسمت مدار هستند ؛ اولي نشانگر تعداد الکترون هاي عبوري از توي هر قطعه مدار در هر ثانيه است و دومي هم زور و قدرت همان الکترون ها را نشان ميدهد، مثلا وقتي ميگوييم جريان عبوري از اين قطعه 1بيشتر از قطعه 2 است يعني در هر ثانيه تعداد بيشتري الکترون از توي قطعه1 عبور ميکند. و وقتي ميگوييم دو سر اين قطعه ولتاژ بيشتري دارد يعني الکترون ها انرژي بيشتري براي عبور دارند.

يکي از معمول ترين قطعات الکترونيکي مقاومت است. احتمالا شما هم چيز هايي در باره آن شنيده ايد. وقتي الکترون ها به اين قطعه ميرسند با توجه به ولتاژ دو سر مقاومت با يک جريان معين از توي آن عبور ميکنند، وقتي ولتاژ دو سر مقاومت را زياد کنيم ( يعني مثلا با اضافه کردن باتري انرژي الکترون ها براي عبور از مقاومت را زياد کنيم) تعداد بيشتري الکترون از توي مقاومت رد ميشود و در نتيجه جريان زياد ميشود. به همين سادگي!
توي الکترونيک قطعات زيادي وجود دارند، مثل خازن، سلف، ديود و ...

ترانزيستور هم يکي از اين قطعات است که اتفاقا خيلي قطعه مهم و تاثير گذاري است، ترانزيستور سه تا پايه دارد ، بر خلاف غالب قطعات که 2 تا پايه بيشتر ندارند، الکترون ها از دو تا از اين پايه ها وارد ميشوند و از سومي خارج ميشوند. يکي از اين پايه ها base نام دارد ، کار کل ترانزيستور اين است که با توجه به ولتاژ روي اين پايه base معلوم کند چه قدر الکترون بايد بين دو تا پايه ديگر عبور کند ... در حقيقت مثل يک شير آب روي لوله اي از الکترون ها عمل ميکند، اگر شما ولتاژ را روي base زياد کنيد ( يعني مثلا با اضافه کردن باتري انرژي الکترونهايي که به پايه base ميرسند را زياد کنيد) شير باز ميشود و الکترون هاي بيشتري عبور ميکنند و اگر ولتاژ را کم کنيد هيچ الکتروني عبور نميکند.
مهندسان الکترونيک و سخت افزار از اين خاصيت "شير آب بر روي لوله الکترون ها" خيلي استفاده ميکنند ... براي مثال همين کامپيوتر که داريد از آن استفاده ميکند ... حدودا چند ميليون ترانزيستور دارد که با بستن يا باز کردن آنها کار ميکند!

مدار روبورو را نگاه کنيد، 10 تا عنصر سياه رنگ ميبيند ... اين ها ترانزيستور هستند. تازه توي IC که روي مدار روبورو قرار دارد در حدود چند ده صد هزار ترانزيستور وجود دارد! ... ببينيد توي کامپيوتر ديگر چه خبر است!

همه اين بند و بساط ( يعني قطعات الکترونيکي روي مدار!) بايد با کمک يک منبع تغذيه روشن شوند، در حقيقت اين باطري است که انرژي اصلي الکترون ها را تامين ميکند و آن ها را به صورت الکترون هاي سرحال و قبراق ميفرستد توي مدار، آن ها توي مدار ميچرخند و با توجه به عناصر مدار مسير خودشان را انتخاب ميکنند و همين باعث ميشود مدار کار کند. مثلا اگر شما دستوري براي روشن شدن LED هاي روبورو داده باشيد، ترانزيستور هاي توي IC جوري تنظيم ميشوند که الکترون ها از توي LED ها عبور کنند و آن ها را روشن کنند!

حالا که تا حدودي با کليت قضيه آشنا شديد برويم سراغ قسمت هاي مختلف بورد روبورو:
اولين قسمت بخش تغذيه است:
همان طور که ميبيند چهار تا باتري 1.5 ولت را به روبورو وصل کرده ايم، اين باتري ها هم تغذيه مدار و IC و ترانزيستور ها را فراهم ميکنند و هم تغذيه موتور ها را. آن خازن گنده هم که کنار باتري لحيم شده است براي کم کردن نويز تغذيه است ... حالا نويز تغذيه چي هست ديگر ....!
در حقيقت ولتاژ الکترون هاي ورودي دقيقا 6 ولت نيست و بالا و پايين ميرود، به هزار دليل مختلف، از نزديک کردن يک موبايل به مدار بگيريد تا روشن شدن ناگهاني موتور ها باعث تغيير ولتاژ ورودي ميشود، اين خازن کارش کم کردن اين تغييرات است ... اصولا خارن ها يکي از کارهايشان همين است يعني کم کردن نوسان هاي روي ولتاژ.

ميکرو کنترولر:

IC وسط مدار در حقيقت يک ميکرو کنترولر است. ميکرو کنترولر ها يک چيز هايي مثل CPU کامپيوتر هستند، يک IC چند پايه که کار هاي مختلفي ميتواند انجام دهد. معمولا اين IC ها بايد برنامه ريزي شوند، تا بتوانند کاري که ميخواهيم را انجام دهند. در اين جا هم ما يک ميکرو کنترولر داريم که براي انجام دادن کار هاي روبورو برنامه ريزي شده است. پايه هاي آن به سنسور ها و موتور ها وصل است و يک پايه آن هم به کامپيوتر وصل ميشود تا برنامه هاي شما را از آن دريافت کند. همه مديريت مدار با اين IC است. شما به آن دستور ميدهيد و او هم حرف شما را گوش ميکند!

درايور موتور ها :

درايور(driver) به معني راننده است، در حقيقت ما بايد يک راننده براي موتور ها داشته باشيم تا حرف ما را گوش کند و موتور ها را هدايت کند. اين درايور ها را همان طور که ميبينيد با ترانزيستور ميسازند. حالا اصلا چرا اين کار را انجام ميدهيم؟
ببينيد، ما ميتوانيم پايه هاي ميکرو را بر اساس برنامه اي که به آن داده ايم به صفر منطقي يا يک منطقي ( يعني 0 ولت يا 5 ولت ) ببريم. يعني انرژي الکترون هاي خروجي از پايه هاي ميکرو را کنترل کنيم، اما نميتوانيم اين پايه ها را به موتور ها وصل کنيم چون درست است که انرژي الکترون هاي خروجي ميتواند 5 ولت باشد اما تعداد آن ها نميتواند زياد باشد، در حقيقت ميکرو نميتواند تعداد زيادي الکترون از توي خودش عبور دهد، اگر اين اتفاق بيفتد ميکروي ما داغ ميشود و ميسوزد!
براي همين ما بايد به طريق ديگري جريان زياد را به موتور ها برسانيم ( موتور يک عنصري است که ماشالله هزار ماشالله خيلي جريان ميخورد!) براي همين از ترانزيستور ها استفاده کنيم، يادتان ميآيد که چه توصيفي از ترانزيستور کرديم که؟ "يک شير آب بر روي يک لوله از الکترون هاي سرحال و قبراق"، ما شير آب را هر وقت بخواهيم با کمک ولتاژ هايي که روي پايه هاي ميکرو مي آيد باز ميکنيم تا جريان الکترون ها به داخل موتور برقرار شود و آن را روشن کند! ... ساده بود نه؟!

بخش سنسور ها:

روبورو 6 تا سنسور دارد که همگي به پايه هاي ميکرو وصل ميشوند، ميکرو مقدار ولتاژ روي پايه هاي خود را ميخواند و بر اساس آن و چيزي که شما به عنوان برنامه به او داده ايد عمل ميکند. در حقيقت خروجي سنسور ها ولتاژ هاي مختلف است و ميکرو بايد آن را به روشن يا خاموش تفسير کند. اين کار با کمک آن دو تا دکمه قرمز رنگ کوچک انجام ميشود، هر وقت شما يکي از آن دو تا را فشار دهيد ميکرو مقدار ولتاژ روي پايه هاي خود را ميخواند و آن را به عنوان معيار ذخيره ميکند .... از آن به بعد ولتاژ هاي زير اين مقدار خاموش و بالاي آن روشن در نظر گرفته ميشود و شما ميتوانيد بر اساس آن برنامه هاي خود را بنويسيد ...


آرمين سنقري (نويسنده مقالات رباتيک سايت تبيان: www.Tebyan.ir)

Asonghori@gmail.com