سؤال كان يراودني أيام صغري كثيرا، ولم أجد له إجابة شافية رغم التحاقي بالجامعة، كنت أحاول آنذاك أن أسأل وأستفسر مِن كل مَن له علاقة بفن الإلكترونيات، .. 🙂
وبفضل الله تمكنت من معرفة الإجابة عنه بعد ما يقارب العشر سنوات. فماهو ذلك السؤال؟
كنت حين أذهب لشراء بعض من قطعي الإلكترونية الخاصة بمشاريعي، أفاجأ أن أغلب تلك القطع غير متوفر لدى الباعة، وحينئذ كنت أتساءل: هل يمكنني تغيير تلك القطعة ببديل لها؟ ولماذا اختار مصمم الدارة هذا الرقم وهذه القطعة تحديدا؟ على سبيل المثال: لمَ يختار بعض المصممين رقم ترانزستور 2222 دون غيره؟ وهل يمكنني استبداله برقم آخر؟
تدوينتي لهذا اليوم ستسلط الضوء على كيفية الاختيار الأمثل للقطع أو العناصر الإلكترونية، ومعرفة الآلية الصحيحة لاختيار البدائل. ولكي نطبق الأسس العلمية بشكل صحيح، سنستخدم مثالا سهلا ونطبق عليه فعليا آلية البحث عن القطعة والمكافئات..
تخيلوا معي الموقف التالي:
لدينا تصميم يعتمد على دارة متصلة بأحد المتحكمات الدقيقة “مايكروكونترولر PIC 16F84” كانت لدي المشكلة التالية:
هذا المايكروكونترولر يعمل عن طريق تغذية قدرها 3.3 فولت. وهناك أيضا دارة أخرى متصلة بالمتحكم، إلا أنها تعمل على عن طريق مصدر تغذية 5 فولت وكلاهما يشتركان في نفس النقطة المرجعية “الأرضي”. المشكلة هي أنه عندما يحاول المتحكم الذي يعمل بجهد 3.3فولت أن يرسل إشارة “جهدا” منطقيا عاليا “1” للدارة التي تعمل بجهد 5 فولت، فإن تلك الدارة لن تفهم تلك القيمة وقد تكون بالنسبة لها ضمن المجال غير المحدد للقيم المنطقية وبالتالي ستهملها، والسبب أن قيمة الجهد المطلوب هي من رتبة 5 فولت وليس 3.3 فولت.
ما الحل إذا؟ كيف يمكن للمتحكم أن يرسل قيما منطقية صحيحة مفهومة لدى الدارة الأخرى من ناحية قيمة الجهد؟
لابد إذا من وجود طريقة لتحويل جهود الـ 3.3 فولت لقيم أخرى لكن بجهد 5فولت بحيث تتمكن الدارة المتصلة بالمتحكم من فهمها والتعامل معها..والطريقة هي بسيطة للغاية تعتمد على استخدام مفتاح ترانزستور كالذي ناقشناه في تدوينة سابقة. انظروا الشكل أدناه:
ماتقوم به هذه الدارة البسيطة هي أنها ستعمل على رفع مستوى الجهد من 3.3 فولت إلى 5 فولت لتكون الدارة الثانية قادرة على التخاطب معها. وسنلاحظ هنا أن تلك القيم المنطقية لابد من عكسها، حيث إن الترانزستور في وضعه الحالي سيعمل على شكل عاكس للقيم، فكل صفر منطقي سيتحول لواحد والعكس صحيح. إلا أنها ليست مشكلة فيمكننا تلافي هذه النقطة من خلال تعديل شفرة البرنامج داخل المتحكم.
الكلام حتى هذه النقطة لازال ممتعا، ننتقل الآن لاختيار القطع اللازمة لصنع دارة الترانزستور البسيطة، وهي مقاومة وترانزستور. المقاومة أمرها سهل فهي متوفرة بكثرة في سوق بيع القطع، نأتي الآن للعم ترانزستور صاحب الرقم
2N7002
هل رقم هذا الترانزستور مقدس ياترى؟ أم أنه يمكننا تغييره؟ وكيف؟
لنفترض أن الدارة المتصلة بالمتحكم ستستهلك تيارا قدره 0.2 ميللي أمبير عند جهد 5 فولت. فلابد إذا للترانزستور الذي سنقوم باختياره أن يسمح بمرور تيار مستمر في مصرفه “طرف الترانزستور” على أقل تقدير 1 ميللي أمبير، وأن تكون لديه القدرة على تحمل جهد قدره 6 فولت كحد أدنى. أما بخصوص البوابة “الطرف الآخر للترانزستور” فكما نعلم أنها ستتصل بالمتحكم الدقيق وبالتالي فرق الجهد المطبق عليها هو 3.3فولت . إذا فلنلخص المتطلبات الرئيسية للترانزستور بما يلي:
لدينا الآن كافة المعلومات اللازمة التي يمكن من خلالها اختيار الترانزستور. لنتوجه الآن لأحد أهم المواقع التي يشتري من خلالها مصممو الدارات الإلكترونية والتي سبق أن تعرفنا عليه من خلال هذه التدوينة
سنقوم بإدخال كلمة ترانزستور “بالإنجليزية طبعا” داخل مربع البحث لتظهر لدينا نتائج البحث، بعد ذلك نختار نوع موسفت، لتظهر صفحة جديدة بها جداول نختار من خلالها القيم التي ذكرناها سابقا والتي تخص الجهد والتيار. بعد ذلك نحدد أقصى قيمة متوقعة للتيار داخل المربع الخاص بتيار المصرف، ومن ثم نحدد حجم القطعة هل هي سطحية؟ أم كبيرة الحجم ؟ وأخيرا درجة الحرارة وغيرها من الخواص إن أردنا ذلك، وهنا أذكر أن دور هذه العملية هو تقليص عدد نتائج البحث.
بعد ذلك نضغط على زر يوجد في أسفل الصفحة اسمه:
Apply Filters
وذلك لتطبيق الكلمات المفتاحية التي بحثنا عنها
ستظهر الآن النتائج في صفحة جديدة وهي عديدة، وبالتالي نكون هنا قد أجبنا عن السؤال الهام: ما هي البدائل؟ فكل النتائج المعروضة أمامنا تشكل بدائل للموسفت الذي نبحث عنه طالما أنها تحقق الشروط. والأمر الآن متروك لكم في اختيار أي قطعة من النتائج المعروضة وقد يكون لدينا شرط معين بخصوص السعر مما سيحدد مجال بحثنا بشكل أكبر.
النتيجة إذاً، أنه في حال القيام بأي تصميم فلابد من معرفة القيم التي تحكم عمل دارتنا لأنها ستساعدنا في تحديد العناصر التي ستستخدم في التصميم. ليس هناك قيم مقدسة للعناصر الإلكترونية فيمكننا الاستغناء عن عنصر واستخدام بديل آخر طالما أن ذلك البديل يحقق نفس الشروط التي نبحث عنها، مثل: التيار وفرق الجهد والتردد والحجم والممانعة، الخ. ويلجأ عادة المصمم البارع لاختيار قيم أو عنصر معين ويضع شروطا تفوق المطلوب في تصميمه وذلك لضمان عمل دارته في الظروف المناخية المختلفة. فنجد أحيانا مصمما اختار قيمة تيار تبلغ 1 أمبير بينما فعليا فهو يحتاج لـ 0.8 أمبير. ومصمم آخر اختار مكثفاً له فولتية قدرها 10 فولت والآخر حددها 25 فولت، بالرغم من أن كليهما سيؤدي وظيفته في الدارة. فالمسألة إذا فن واعتبار لعوامل أخرى أثناء التصميم. ونصيحتي هنا للهواة هي أن يبحثوا دائما عن بديل يحقق له أقل الشروط التي بها ستعمل الدارة ولا داعي للالتزام بما يفرضه المصمم. فلو قلنا أننا بحاجة لمكثف كيميائي ذي جهد 50 فولت، بينما الدارة أساسا تحتاج حقيقة لـ 12 فولت، فيمكننا حينها الاستعاضة بأي مكثف له جهد 25 فولت.
حسنا.. لنلخص ما ناقشناه:
1. كي نتمكن من اختيار قطعة إلكترونية فلابد لنا من أن نفهم العوامل التي تحكم تلك القطعة: مثل الجهد، التيار، التردد، درجة الحرارة، الحجم، المقاومة، الخ. بعدها سنكون قادرين على اختيار ذلك العنصر.
2. لاختيار عنصر مكافئ أو بديل لقظعة مفقودة في الأسواق، يمكننا اللجوء لأحد مواقع البحث المتخصصة ببيع القطع الإلكترونية والتي من خلالها سنبحث عن ذلك العنصر ونحدد خواصه لنعرف البدائل المكافئة له.
ولنتذكر أن التصميم هو فن من الفنون التي لابد من ممارستها لإتقانها ولابد من معرفة أساسياتها لنتقن خفاياها.
قراءة ممتعة!
المصادر:
ملف المواصفات الفنية الخاص بالمتحكم
