Elektr sxemalar [18+]
Nizomiddin Elektr sxemalarning ayrim turlari
Elektr sxemalar qurilmaning qismlari yoki undagi elektron komponentlarning bir-biri bilan o’zaro bog’lanish ketma-ketligini ifodalovchi chizmalar hisoblnadi (ba’zi o’rinlarda sxema deganda sxema asosidagi qurilmaning o’zini ham nazarda tutilishi mumkin. Masalan, “Sxemaning elektr ta’minoti” deganda, qurilmaning elektr ta’minoti nazarda tutiladi, va hokazo). Elektr sxemalar bir necha turlarga bo’linadi.
Prinsipial sxema – Qurilmaning ishlash prinsipini to’liq va oson tushunib olishga yo’naltirilgan amaliyotda eng ko’p qo’llaniladigan turi hisoblanadi. Prinsipial sxemalar bilan ishlashda har bir elektron komponentning maxsus chizma ko’rinishini bilish talab etiladi. Alohida darsda ayrim elektron komponentlarning prinsipial sxemalardagi ko’rinishi haqida ma’lumot berilgan. Prinsipial sxemalarda elektron komponentlarning tashqi ko’rinishi sobiq Ittifoq va boshqa xorijiy davlatlar standartlarida farq qiladi.
Funksional sxema – qurilma asosiy funksional bloklarining o’zaro bog’lanishini ifodalovchi sxema.
Strukturali sxema – qurilmaning barcha kichik qismlari bloklar ko’rinishida ifodalanadigan sxema.
Umumiy sxema – Matnli va jadvalli ma’lumotlarni ham o’z ichiga olgan sxema.
Montaj sxemasi – qurilma va uning qismlarining obyekt bo’ylab joylashuvi va ular o’rtasidagi masofani ifodalovchi sxema.
Joylashuv sxemasi (2D yoki 3D) – qurilma komponentlarining platadagi joylashuv o’rnini ifodalovchi sxema.
Bosma sxema – bo’lg’usi bosma plataning chizmadagi ko’rinishini bildiradi. Bunday sxema asosida bo’lajak qurilmaning bosma ko’rinishi tayyotlanadi va ko’paytirish uchun tegishli texnologiyalarga ega bo’lgan ishlab chiqaruvchiga topshiriladi.
Birlashtiruvchi sxema – yuqoridagi usullarning ayrimlarini birlashtiruvchi kabi turlari ham mavjud.
Yuqoridagi sxema turlarining ko’pchiligi professional elektronikachi va injener mutaxassislar uchun mo’ljallanganligi ko’rinib turibdi. Biroq Arduino bilan ishlashda ulardan asosan prinsipial sxema va bog’lanish sxemasi ko’proq qo’llaniladi. Bunga sabab, prinsipial sxemada muhim ma’lumotlar (komponentlarning xarakteristikalari, elektr ta’minoti va boshqalar) batafsil ko’rsatilsa, bog’lanish sxemasida komponentlarning tashqi ko’rinishi, o’tkazgichlarning rangi, kontaktlarning joylashuv ketma-ketligi kabi qo’shimcha muhim ma’lumotlar beriladi.
Bog’lanish sxemasi boshlovchi arduinochilar uchun eng sodda va qulay hisoblanadi. Lekin bunday sxema yordamida qurilmani ishlatish va sozlash davrida yuzaga kelishi mumkin bo’lgan kamchiliklar va kutilmagan holatlarning sababini aniqlash, diagnostika qilish qiyin kechadi. Bunday vaziyatlarda ko’pincha prinsipial sxemaga murojaat qilishga to’g’ri keladi. Chunki muammo xarakteridan kelib chiqib, kamchilikni prinsipial sxema yordamida topish osonroq kechadi.
Havaskor radioelektronikachilar uchun prinsipial sxemalar bilan ishlashning yana bir muhim ustunligi – u yordamida qurilmani takomillashtirish yoki optimallashtirish qulayligidir (masalan, qo’shimcha bloklar qo’shish, ortiqcha bloklarni chiqarib tashlash, ularga o’zgartirish kiritish va hokazo).
Funksional sxema
Strukturali sxema
Joylashuv sxemasi (3D)
Prinsipial sxema (chapda) va bog’lanish sxemasi (o’ngda)
Yuqoridagilardan tashqari, barcha sinov-sozlash ishlari tugaganidan so’ng, elektron komponentlarni bosma plataga joylashtirish uchun ham maxsus sxemadan foydalaniladi. Bunday sxema yuqorida keltirilgan joylashuv sxemasiga o’xshab ketadi, lekin unda komponentlarning o’zi ko’rsatilmasdan, asosan ularning kontaktlarini bo’g’lovchi bosma o’tkazgichlarning chizmasi ko’rsatiladi. Professional elektronika mutaxassislari ko’pincha bunday bosma platani (ayrim kimyoviy vositalardan foydalanib) uy sharoitida ham tayyorlashadi.
Bosma sxema
Odatda bosma platalar yuqori texnologiyalar asosida zavod sharoitida tayyorlanadi. Bu esa tayyorlangan qurilmaning uzoq muddat xizmat qilishiga xizmat qiladi. Hozirgi kunda elektronika havaskorlari uchun bunday platalarni ko’p miqdorda tayyorlatish uchun Xitoyning maxsus zavodlariga buyurtma berish imkoniyati ham mavjud (platalarning minimal miqdori chegaralangan). Buyurtma berish uchun dastlab qurilmaning bosma sxemasi maxsus dasturda yaratilib, u elektron ko’rinishda ishlab chiqaruvchiga taqdim etilishi kerak bo’ladi.
Biroq boshlovchi arduinochilar yagona yoki kam nusxadagi qurilmalarini tayyorlash uchun turli o’lchamda ishlab chiqariladigan, maket plataning bir ko’rinishi bo’lgan bo’sh prototip platasidan ham foydalanishlari mumkin. Bunday platalarda lehimlash-montaj ishlari qo’lda bajariladi va o’tkazgichlar ham qo’lda tayyorlanadi.
Qurilmalarning elektr ta’minoti
Barcha faol elektron komponentlar ma’lum darajadagi kuchlanish va elektr tokini talab qiladi. Keragidan ortiq kuchlanish elektron komponentning qizib ketishi yoki kuyib qolishiga olib kelishi mumkin. Yetarli bo’lmagan kuchlanish yoki tok kuchi uning to’laqonli yoki umuman ishlamasligiga olib keladi. Shuning uchun odatda kuchlanish va tok kuchiga talablar ularning xarakteristikalarida ko’rsatib qo’yiladi.
Arduino qurilmalarni yaratishda asosiy e’tibor bog’lanish sxemasi va dasturlash jarayoniga qaratilsa-da, elektr ta’minotiga ham alohida e’tibor berilmasa, yaratilatilayotgan qurilmani ishdan chiqarib qo’yish ham mumkin. Shuning uchun ta’minot blokiga e’tibor yuqori bo’lishi kerak.
Qurilma talab qiladigan elektr toki uning komponentlari talablariga mos kelishi kerak va u talab etiladigan tok deb yuritiladi. Ya’ni qurilmaning ta’minot bloki eng kamida shundaydarajadagi elektr toki yetkazib bera olishi kerak. Ko’pincha, elektr toki zahira bilan olinadi. Ko’pchilikda keragidan ortiq darajadagi tok qurilma uchun xavfli degan noto’g’ri tushuncha shakllanib qolgan. Aslida qurilma ta’minot blokidan o’ziga keraklisini oladi xolos, ta’minot bloki yetkazib bera oladigan ortiqcha tok esa, unga ulanadigan boshqa qurilmalar uchun ishlatilishi mumkin.
Arduino qurilmalarini yaratishda ayrim komponent va modullarning talab qiladigan minimal elektr toki quyidagicha:
- servo drayver (“сервопривод”) – 500 mA;
- motor – 500 mA;
- elektromagnit rele – 60 mA;
- datchik-modullar – 1…10 mA;
- Arduino platasi – 400 mA, chiqish rejimidagi pinlar – 20 mA;
- Wemos D1 mini – 500 mA, chiqish rejimidagi pinlar – 50 mA;
- indikatorlar, oddiy displeylar – 40…50 mA.
Shuningdek, ta’minot blokiga nisbatan maksimal tok yoki chiquvchi maksimal tok degan tushuncha ham qo’llaniladi. Buning ma’nosi shuki, unga ulangan barcha qurilmalarga yetkazib berilayotgan tok kuchi shu qiymatdan oshib ketmasligi kerak. Aks holda, ta’minot blokining o’zi ishdan chiqishi mumkin.
Bundan tashqari, elektron komponentlar uchun yo’l qo’yiladigan maksimal tok degan tushuncha ham mavjud. U aniq bir elektron komponent orqali o’tadigan tokning maksimal darajasini nazarda tutadi. Ortiqcha tok o’tishi komponentni kuyishiga sabab bo’lishi mumkin. Masalan, elektr o’tkazgichlar (provoda)larni tanlashda ham, ulardan o’tadigan maksimal tokka e’tibor berish talab etiladi, aksincha keragidan ingichkaroq ortiqcha miqdordagi elektr tokini o’tkaza olmasdan, uzilib ketishi mumkin.
Mikrokontrollerlarning elektr ta’minoti
Mikrokontroller moduli va platalari elektr ta’minoti quyidagi ta’minot manbalaridan olinishi mumkin:
- Kompyuter USB porti. Ma’lumki, mikrokontrollerga tayyor sketchni yuklashda UART interfeysidan foydalaniladi. U esa, kompyuterning USB portiga bog’lanadi. Lekin, ko’pincha dasturchilar USB portidan shunchaki ta’minot manbai sifatida ham foydalanadi. Agar mikrokontroller platasi va unga bog’langan boshqa modullar hamda datchiklar talab qiladigan jami tok kuchi 500 mA dan oshib ketsa, kompyuter USB porti ishdan chiqishi ehtimoli ortadi. Shuning uchun, bunday vaziyatlarda undan ta’minot manbai sifatida foydalanish tavsiya etilmaydi. Bundan tashqari, USB port chiqish qismida himoyalovchi diod o’rnatilgan bo’lib, unda kuchlanish pasayishi yuz beradi. Natijada USB portning chiqish kuchlanishi 4,7-4,8V dan oshmaydi. Bunday vaziyatda tok kuchi ham kamlik qilsa, kuchlanish yana ham pasayib, mikrokontroller o’chib-yonishni boshlashi mumin. Ba’zi modullar uchun esa, shu 4.7V kuchlanishning o’zi ham kamlik qilishi mumkin;
- Ta’minot bloki. Mikrokontrollerga sketch yuklab bo’linganidan keyin, plataning Vin piniga chiquvchi kuchlanishi 5V-12V bo’lgan ta’minot blokini ulash maqsadga muvofiq. Shu jumladan, smartfonlarni zaryadlash uchun mo’ljallangan 5V/1A ta’minot bloklaridan ham foydalanish mumkin. Aksariyat Arduino (AVR) platalari 5-12V dan 5V ga va 3,3V ga tushirib beruvchi ichki DC-DC stabilizatoriga ega, ularning chiqishi 5V va 3,3V pinlariga ulangan. Kam quvvatli modullarni, talabga qarab plataning shu 5V yoki 3,3V pinlariga ulash mumkin. Lekin, Arduino platasidagidan (400mA) yuqori tok kuchi talab etiladigan modullarni 5V lik ta’minot blokiga Arduino platasi orqali emas, tog’ridan to’g’ri ulash maqsadga muvofiq. Shunda, modulning yuki Arduino platasiga emas, ta’minot blokining o’ziga tushadi. ESP platalariga faqat 5V yoki 3,3V kuchlanishli ta’minot manbalarini ulash mumkin. Yuqori quvvatli 5-12V kuchlanishli yuklamalar bilan ishlaganda, yuklamalar elektr ta’minoti Arduino platasiga parallel ravishda ulanishi kerak (Arduino ichki stabilizatori orqali emas);
- Akkumulyator batareyalari. Ta’minot manbai sifatida akkumulyator batareyalaridan (yoki 5V poverbanklardan) foydalanilganda ham ularni Vin piniga ulash mumkin va ularning umumiy kuchlanishi 12V dan oshmasligi kerak.
Arduino qurilmasi ishida kuchli shovqinlar yuzaga kelsa, ko’pincha ular ta’minot bloki yoki stabilizatorlarning sifati, shuningdek Arduinoga ulangan servodrayver va motorlar ishi bilan bog’liq bo’ladi. Bunday hollarda kuchlanish pulsatsiyalarini stabillashtiruvchi 6,3V kuchlanishga mos va 10-500uF (mikrofarad) sig’imli elektrolitik kondensatordan, yuqori chastotali shovqinlarni filtrlash uchun esa, 0,1…1uF sig’imli keramik kondensatordan foydalanish tavsiya etiladi.