ساخت مدار چشمک زن به ساده ترین شکل ممکن – فرادرس

در این مطلب از مجله فرادرس قصد داریم به توضیح نحوه ساخت «مدار چشمک‌ زن» (Blinking Circuit) در ساده‌ترین حالت ممکن بپردازیم. مدار چشمک زن، مداری است که با هدف چشمک زدن یک یا چند چراغ ساخته می‌شود. ساخت مدار چشمک زن ساده فقط با اتصال چند قطعه الکترونیکی مثل ترانزیستور، خازن، مقاومت و LED به یک برد امکان‌پذیر است. در ادامه این مطلب، مراحل ساخت مدار چشمک زن را با مثال‌های مختلف یاد می‌گیریم.

ساخت مدار چشمک زن

ساد‌ه‌ترین روش ساخت مدار چشمک زن با استفاده از یک ترانزیستور، دو مقاومت یا رزیستور، یک خازن، یک LED، «بردبورد» (Breadboard)، مقداری سیم و یک منبع تغذیه قابل اجراست. اگر بخواهیم مداری طبق شکل زیر بسازیم، مراحل به‌صورت زیر خواهد بود:

• مرحله اول: باتری
• مرحله دوم: اضافه کردن مقاومت‌ ‎1 kΩ
• مرحله سوم: اضافه کردن خازن‌
• مرحله چهارم: اضافه کردن ترانزیستور
• مرحله پنجم: اضافه کردن LED و مقاومت ‎100 Ω

اگر بخواهیم مدار دقیق‌تری بسازیم، لازم است قطعاتی با ویژگی‌ها و تعداد زیر را تهیه کنیم:

• یک عدد ترانزیستور NPN با شماره PN2222
• یک عدد رزیستور یا مقاومت با مقدار مقاومت ‎100 Ω
• یک عدد رزیستور یا مقاومت با مقدار مقاومت ‎1 kΩ
• یک عدد خازن ‎با مشخصات 100μf/6.3v یا 1000μf/10v
• یک عدد LED
• یک بردبورد
• سیم‌های جامپر
• منبع تغذیه ‎12 V یا معادل آن 8 عدد باتری قلمی

نحوه کار مداری که برای شما توضیح می‌دهیم به این صورت است که با شارژ و تخلیه شدن خازن توسط مقاومت، LED چشمک می‌زند. رابطه مهمی که برای فهم بهتر عملکرد چنین مداری لازم است بیان شود، به‌صورت زیر است:

$$t=RC$$

در این فرمول t همان زمان چشمک زدن LED بر حسب ثانیه (s)، R‌ مقاومت رزیستور بر حسب اهم (Ω) و C ظرفیت خازن بر حسب فاراد (F) است. بنابراین با ضرب کردن مقدار مقاومت در ظرفیت خازن مورد استفاده برای مدار، می‌توانیم زمان چشمک زدن LED را محاسبه کنیم.

بطور کلی روش‌های مختلفی برای ساخت مدار چشمک زن وجود دارند که بر اساس قطعات الکترونیکی مورد استفاده در ساخت مدار طبقه‌بندی می‌شوند. برای نمونه ممکن است مدار چشمک زن را با «رله» (Relay) بسازیم، یا با ترانزیستور یا با اجزایی به نام ریزکنترل‌گرها یا گیت‌های منطقی. ما در این مطلب تمرکزمان روی مدارهایی است که فقط با کاربرد ترانزیستور و LED ساخته می‌شوند. در بخش‌های بعد، مراحل مختلف ساخت ساد‌ه‌ترین مدار را همراه با مشخصات و ویژگی‌های قطعات بکار رفته توضیح می‌دهیم.

یادگیری ساخت مدار چشمک زن با فرادرس

پیش از اینکه به توضیح هر مرحله از ساخت مدار چشمک زن بپردازیم، اگر دانش‌آموز هستید و علاقه‌مندید به قوی کردن پایه خود در زمینه مباحث مرتبط با مهندسی برق و قطعات الکترونیکی بر اساس مطالب کتاب‌های درسی، پیشنهاد می‌کنیم فیلم‌های آموزشی زیر از مجموعه فرادرس را مشاهده کنید:

1. فیلم آموزش علوم هشتم بخش فیزیک فرادرس
2. فیلم آموزش فیزیک یازدهم فرادرس
3. فیلم آموزش فیزیک یازدهم مرور و حل تمرین فرادرس

مرحله اول: منبع تغذیه

در اولین مرحله از ساخت مدار چشمک زن، منبع تغذیه را به برد متصل می‌کنیم. پیش از توضیح این مرحله، چنانچه دانش‌آموز مقطع متوسطه هستید و می‌خواهید به مفاهیم ابتدایی مرتبط با مباحث مهندسی برق و الکترونیک کاملا مسلط شوید، مشاهده فیلم آموزشی مرور و حل تمرین فیزیک پایه یازدهم فرادرس که لینک آن در ادامه قرار داده شده است را به شما پیشنهاد می‌کنیم:

ما به‌جای منبع تغذیه ‎12 V، از 8 باتری قلمی که به‌صورت سری به هم متصل شده‌اند، استفاده می‌کنیم. اتصال سری باتری‌های قلمی به این شکل است که پایانه منفی یک باتری، به پایانه مثبت باتری مجاور وصل شود. نحوه اتصال این باتری‌ها در شکل بالا نشان داده شده است. برای این مدار، منابع ولتاژی با ولتاژ ‎6 V یا ‎9 V هم امتحان شده است، اما مدار کار نکرد. بنابراین حتما از منبع ‎12 V یا معادل آن 8 باطری قلمی به‌صورت سری متصل شده استفاده کنید.

مرحله دوم: اضافه کردن مقاومت‌ ‎1 kΩ

در مرحله دوم از ساخت مدار چشمک زن، مقاومت ‎1 kΩ را روی برد قرار می‌دهیم، به این صورت که پایه مثبت آن را طبق شکل زیر به ردیفی در وسط برد وصل می‌کنیم.

مرحله سوم: اضافه کردن خازن‌

در مرحله بعدی ساخت مدار چشمک زن، خازن را در مدار قرار می‌دهیم. پایه مثبت خازن موردنظر طبق شکل زیر به مقاومت ‎1 kΩو پایه منفی آن به باتری متصل ‌می‌شود. اگر به خازنی که برای ساخت مدار چشمک زن خود انتخاب کرده‌ایم، دقت کنیم، برای این خازن مشخصاتی به‌صورت 100uf/6.3v یا 1000uf/10v پیشنهاد شده است، به این معنا که ظرفیت آن می‌تواند 100 یا 1000 میکروفاراد باشد.

واحد ظرفیت خازن با نماد C، فاراد است که با F نشان داده می‌شود. همچنین ولتاژ کار هر خازن هم مشخص شده است. دقت کنید قبلا هم گفتیم بردی که در این مدار استفاده می‌شود از نوع بردبورد است که با برد الکترونیکی تفاوت دارد. برای درک بهتر تفاوت این دو نوع برد، می‌توانید مطلب «برد الکترونیکی چیست و چه کاربردی دارد؟ — به زبان ساده» از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

مرحله چهارم: اضافه کردن ترانزیستور

پس از اتصال مقاومت و به دنبال آن بستن خازن به مدار، حالا ترانزیستور را به مدار اضافه می‌کنیم تا ساخت مدار چشمک زن وارد مرحله دیگری شود. «امیتر» (Emitter) ترانزیستور موردنظر در این مدار را بین مقاومت ‎1 kΩ و پایه مثبت خازن قرار می‌دهیم. شکل زیر نشان می‌دهد چگونه ترانزیستور را روی برد نصب کنیم.

دقت کنید «کلکتور» (Collector) ترانزیستور با فاصله در چند خانه بعد از امیتر و در همان ردیف قرار می‌گیرد و «بیس یا پایه» (Base) ترانزیستور هم به جایی وصل نمی‌شود. معمولا مشخصات یک ترانزیستور روی برگه اطلاعات یا دیتا شیت آن درج شده است. مهم‌ترین مشخصه ترانزیستور، شماره آن است. هر ترانزیستوری که ساخته می‌شود دارای یک شماره است که با داشتن آن می‌توانید تمام اطلاعات آن ترانزیستور را بازیابی کنید. در این مدار ما از ترانزیستوری با شماره PN2222 استفاده کرده‌ایم. اگر شماره بالا را در اینترنت جستجو کنید، مشخصات کامل این نوع ترانزیستور برای شما نشان داده می‌شود.

مرحله پنجم: اضافه کردن LED و مقاومت ‎100 Ω

حالا می‌توانیم LED موردنظر خود را به‌عنوان چراغی که قرار است چشمک بزند، روی مدار سوار کنیم. پایانه مثبت LED را که همان پایه بلندتر آن است، به کلکتور ترانزیستور وصل می‌کنیم. در وسایل موردنیاز برای ساخت مدار چشمک زن، یک مقاومت ‎100 Ω هم داشتیم که آن را به پایانه منفی LED متصل می‌کنیم که در نهایت به باتری می‌رسد. در این مرحله مدار تکمیل شده است و با روشن کردن کلید، می‌توانید چشمک زدن LED را مشاهده کنید.

ساخت مدار چشمک زن با دو LED

در بخش‌های قبل مرحله به مرحله یاد گرفتیم چگونه ساده‌ترین مدار چشمک زن را بسازیم. ساخت مدار چشمک زن با دو LED نیز دقیقا مشابه مدار قبلی است، فقط در این مدار تعداد قطعات الکترونیکی مورد استفاده بیشتر است. همچنین برای اینکه درک بهتری از ساخت مدار چشمک زن به‌دست آورید، قطعاتی با مشخصات متفاوت را برای این مدار انتخاب کرده‌ایم. مراحل ساخت مدار چشمک زن با دو LED را به‌صورت زیر تعریف می‌کنیم:

• مرحله اول: اضافه کردن ترانزیستورها
• مرحله دوم: اضافه کردن خازن‌ها
• مرحله سوم: اضافه کردن مقاومت‌های ‎100 kΩ
• مرحله چهارم: اضافه کردن LEDها
• مرحله پنجم: منبع تغذیه و تماشای چشمک زدن LEDها

که در آن از قطعاتی با ویژگی‌ها و تعداد زیر استفاده می‌شود:

• دو عدد ترانزیستور PNP با شماره PN2907A
• دو عدد رزیستور یا مقاومت با مقدار مقاومت ‎470 Ω
• دو عدد رزیستور یا مقاومت با مقدار مقاومت ‎100 kΩ
• دو عدد خازن ‎10 uF
• دو عدد LED مشابه
• بردبورد
• مقداری سیم
• منبع تغذیه

مرحله اول: اضافه کردن ترانزیستورها

در بخش‌های قبل تا حدی با کلیات مراحل ساخت مدار چشمک زن آشنا شدیم. در این بخش و بخش‌های بعدی مرحله به مرحله ساخت مداری با دو LED را بیشتر توضیح می‌دهیم. اولین مرحله برای ساخت مدار چشمک زن با دو LED را قرار دادن ترانزیستورها روی برد نعریف می‌کنیم. دقت کنید که ترتیب مراحل گفته شده برای ساخت این مدار با مدار قبلی متفاوت است. هدف از توضیح این مدار نیز همین بود که متوجه باشید ترتیب اجرای مراحل همیشه به یک شکل نیست و می‌تواند متفاوت باشد.

مطابق شکل بالا، بخش امیتر هر دو ترانزیستور PNP که مشابه هم هستند، را با سیم به منبع تغذیه متصل کنید. نماد EBC در شکل، به محل قرارگیری سه پایه ترانزیستور یعنی امیتر، بیس یا پایه و کلکتور اشاره دارد و مشاهده می‌کنید که در شکل، امیتر هر ترانزیستور در سمت چپ آن قرار گرفته است. در شرح مراحل این مدار، پس از هر مرحله توضیح مختصری راجع‌به قطعه استفاده شده ارائه می‌دهیم تا با دید بازتری مدار خود را ببندید.

ترانزیستور و مشخصات آن

اولین قطعه‌ای که در ساخت مدار چشمک زن با دو LED استفاده کردیم، ترانزیستور است. نماد ترانزیستور در مدار به‌صورت شکل زیر است. مرسوم‌ترین نوع ترانزیستورها که در ساخت مدارهای مجتمع استفاده می‌شوند، «ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی» (Bipolar Junction Transistors) یا BJTها هستند. نوع دیگر ترانزیستورها، «ترانزیستورهای اثر میدان» (Field-Effect Transistor) یا FETها هستند که موضوع بحث ما نیست.

اصولا در یک ترانزیستور BJT سه پایه، سر یا ترمینال وجود دارد که کلکتور یا C، بیس یا B و امیتر یا E نام دارند. ترانزیستورهای BJT خودشان به دو گروه PNP و NPN تقسیم می‌شوند. همان‌طور که در اولین بخش این مطلب مشخص کردیم، ترانزیستور موردنظر ما برای اولین مداری که توضیح دادیم از نوع NPN و برای این مدار از نوع PNP است. تفاوت یک ترانزیستور PNP و NPN در شکل بالا مشخص است.

برای ترانزیستور PNP جهت پیکان امیتر به سمت داخل ترانزیستور است. همچنین در یک ترانزیستور PNP، کلکتور و امیتر از ماده نیمه‌رسانای نوع p ساخته شده‌اند، در حالی که پایه یک نیمه‌رسانای نوع n است. با توجه به اینکه ترانزیستورها از مواد نیمه‌رسانا ساخته می‌شوند، در نتیجه این قابلیت را دارند که به‌عنوان یک عایق یا یک رسانا در مدار عمل کنند. این دو حالتی بودن ترانزیستورها باعث شده است که دو کاربرد مهم برای این قطعه داشته باشیم:

مرحله دوم: اضافه کردن خازن‌ها

دومین مرحله برای ساخت مدار چشمک زن با دو LED، قرار دادن خازن‌ها در مدار است. برای این کار لازم است مطابق شکل زیر، پایانه مثبت اولین خازن را به کلکتور ترانزیستور دوم (سمت راست تصویر زیر) متصل کنیم. سپس پایانه منفی همان خازن را به بیس ترانزیستور اول وصل می‌کنیم. توجه داشته باشید که جهت شمال و جنوب تصویر زیر، عکس تصویر مرحله قبل است.

برای قرار دادن خازن دوم هم مثل خازن اول عمل می‌کنیم، به این شکل که پایانه مثبت خازن دوم را به کلکتور ترانزیستور اول متصل می‌کنیم و پایانه منفی آن را به بیس ترانزیستور دوم. به این ترتیب، هر دو خازن موردنظر در این مدار که مشابه هم هستند، روی برد سوار شدند.

خازن و مشخصات آن

دیدیم که در مرحله دوم از ساخت مدار چشمک زن خود، خازن‌ را اضافه کردیم. خازن یک قطعه الکترونیکی است که برای ذخیره بار الکتریکی و در نتیجه، برای ذخیره انرژی الکتریکی در مدار استفاده می‌شود. ساخت خازن با قرار دادن یک عایق یا دی‌الکتریک بین دو رسانا انجام می‌شود.

ذخیره انرژی در خازن با دور نگه‌ داشتن جفت بارهای با علامت مخالف هم انجام می‌شود، به این صورت که وقتی دو صفحه رسانای خازن به یک منبع تغذیه متصل می‌شوند، دارای بار الکتریکی می‌شوند. بارهای مثبت روی یک صفحه و بارهای منفی روی صفحه دیگر جمع می‌شوند.

بنابراین با قرار دادن یک ماده عایق یا دی‌الکتریک بین این دو صفحه، بارهای با علامت مخالف را از هم جدا کرده‌ایم. خازن‌ها انواع مختلفی دارند که عبارت‌اند از:

• خازن‌های پلاستیکی
• خازن‌های سرامیکی
• خازن‌های الکترولیتی

برخلاف ترانزیستورها که دارای سه پایه‌اند، خازن هم مثل مقاومت یک قطعه دو سر یا دو پایه است. آنچه که کاربری یک خازن را تعیین می‌کند، مشخصات آن شامل ولتاژ کار، درصد خطا، دمای کار، جریان نشتی و میزان قطبی شدن آن است. برای مثال، ولتاژ کار خازن مهم‌ترین مشخصه آن است که باید حتما در نظر گرفته شود. ممکن است دو خازن دارای مقدار ظرفیت یکسانی باشند، اما نرخ ولتاژشان متفاوت باشد.

ولتاژ کار خازن برابر است با بیشینه ولتاژی که به یک خازن اعمال می‌شود، بدون اینکه آسیب ببیند. اغلب موارد، مقدار ولتاژ کار DC روی یک خازن چاپ می‌شود. مشخصه دیگری که لازم است در مورد یک خازن بدانیم، جریان نشتی است. معمولا دی‌الکتریک‌هایی که به‌عنوان جدا کننده دو صفحه رسانا در خازن استفاده می‌شوند، عایق‌های کاملی نیستند. این مسئله باعث می‌شود یک جریان نشتی کوچکی در دی‌الکتریک خازن داشته باشیم که بر اثر اتصال به منبع تغذیه ایجاد می‌شود.

مرحله سوم: اضافه کردن مقاومت‌های ‎100 kΩ

در این مرحله برای ساخت مدار چشمک زن شامل دو LED، لازم است مقاومت‌های ‎100 kΩ را به ترانزیستورها وصل کنیم، به این صورت که یک پایه رزیستور یا مقاومت به بیس ترانزیستور و پایه دیگر آن به زمین متصل می‌شود. برای رزیستور دیگر هم این کار را تکرار می‌کنیم. حالا دو مقاومت ‎100 kΩ هم در مدار قرار گرفتند. در بخش بعدی با مشخصات یک رزیستور و علت بکارگیری آن در این مدار، بیشتر آشنا می‌شویم.

رزیستور و مشخصات آن

در این مرحله از ساخت مدار چشمک زن، دو عدد مقاومت یا رزیستوری با مقدار مقاومت ‎100 kΩ را به مدار افزودیم. مقاومت قطعه دیگری در مدار است که از عبور جریان بالا در مدار جلوگیری می‌کند و به‌عبارت دیگر، جریان را کنترل می‌کند. واحد مقاومت اهم است که با Ω نشان داده می‌شود.

مقاومت‌ها انواع مختلفی دارند که در این مدار از نوع مقاومت فیلم کربنی استفاده شده است. همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید، روی این مقاومت نوارهای رنگی چاپ شده است که با استفاده از سیستم کد رنگی می‌توان مقدار مقاومت را محاسبه کرد. علاوه‌بر مقدار مقاومت، یکی از مشخصاتی که برای کاربرد رزیستورها در مدار مهم است، نرخ توانی یا نرخ واتی مقاومت است.

مرحله چهارم: اضافه کردن LEDها

در مرحله چهارم ساخت مدار چشمک زن با دو چراغ، دو رزیستور مشابه با مقدار مقاومت ‎470 kΩ را در راستای دو LED مشابهی که انتخاب کرده‌ایم، روی برد سوار می‌کنیم. برای این کار، ابتدا یک سیم از مقاومت اول را به کلکتور ترانزیستور اول و سپس، سیم دیگر مقاومت را به سیم مثبت اولین LED متصل می‌کنیم. سیم منفی LED هم زمین می‌شود.

همین مراحل را برای مقاومت و LED دیگر تکرار می‌کنیم. ابتدا یک سیم از مقاومت دوم را به کلکتور ترانزیستور دوم می‌بندیم و سپس سیم دیگر رزیستور به سیم مثبت LED دوم بسته می‌شود. سیم منفی LED دوم هم به زمین وصل خواهد شد. حالا مدار ما تقریبا تکمیل شده است.

LED و مشخصات آن

دیودهای نورگسیل یا LEDs ابزارهای کوچکی هستند که در این مدار به‌عنوان چراغ بکار می‌روند. LEDها ابزارهای نیمه‌رسانایی هستند که از طریق شارژ شدن توسط جریان الکتریکی، اشعه مادون قرمز یا نور مرئی را تابش می‌‌کنند. از لامپ‌های LED با نور مرئی در بخش‌های مختلفی استفاده می‌شود، مثلا به‌عنوان چراغ ترمز در اتومبیل‌ها یا لامپ‌های روشن‌کننده در بیلبوردهای تبلیغاتی. LEDهای گسیل‌کننده مادون قرمز نیز در سیستم کنترل از راه دور تلویزیون‌ها استفاده می‌شوند.

شاید اینجا این سوال مطرح شود که چرا از لامپ حبابی استفاده نمی‌کنیم. مزیت یک لامپ LED نسبت به لامپ حبابی در بازدهی آن از نظر مصرف انرژی است. به همین علت است که در ساخت بیلبوردهای تبلیغاتی که مدت طولانی در بزرگراه‌ها قرار می‌گیرند، از این لامپ‌ها استفاده می‌شود. سازوکار لامپ حبابی بر این اساس است که فیلامنت در لامپ با عبور جریان الکتریکی از آن گرم می‌شود و در نتیجه، فوتون‌های نور تابش می‌شوند.

اما اساس کار در لامپ‌های LED بر مبنای الکترومغناطیس است. در الکترومغناطیس گسیل فوتون‌های نور به‌علت پدیده‌ای به نام برانگیختگی الکترونی در ماده است. معمولا این اتفاق برای موادی رخ می‌دهد که در دسته نیمه‌رساناها قرار داشته باشند، مثل «گالیم آرسنید» (Gallium arsenide) یا GaAs که مرسوم‌ترین ماده مورد استفاده در ساخت LEDها است.

نکته جالب دیگر در مورد LEDها استفاده از کلمه دیود در نام آ‌ن‌ها است که به دو پایانه بودن یا دو ترمینال بودن این وسیله اشاره دارد. در LEDها هم مانند سایر ابزارهای نیمه‌رسانا مثل ترانزیستورها، هر دو پایانه از دو نوع مختلف نیمه‌رسانا با خواص و ساختار الکترونی متفاوت ساخته شده‌اند که توسط یک «پیوند» (Junction) به‌ هم متصل می‌شوند.

مرحله پنجم: منبع تغذیه و تماشای چشمک زدن LEDها

آخرین مرحله ساخت مدار چشمک زن با دو LED، اضافه کردن یک منبع تغذیه به مدار است. کاربرد یک باتری ‎9 V برای تامین چنین مداری کافی است. بنابراین مدار چشمک زن ما تکمیل شد. در ادامه بد نیست کمی در مورد منبع ولتاژ و انواع باتری‌ها صحبت کنیم.

منبع ولتاژ و مشخصات آن

برای اینکه ساخت مدار چشمک زن با موفقیت اجرا شود، اولین قدم این است که توسط منبعی اختلاف پتانسیل لازم برای حرکت الکترون‌ها در مدار فراهم شود. به این ترتیب جریان الکتریکی برقرار خواهد شد. پس منبع ولتاژ ابزاری است با دو پایانه یا ترمینال مثبت و منفی که برای تزریق ولتاژ یا اختلاف پتانسیل الکتریکی به مدار از آن استفاده می‌شود. پایانه مثبت به معنای پتانسیل الکتریکی بالاتر و پایانه منفی نشان‌دهنده پتانسیل کمتر است.

تفاوت اصلی این قطعه الکترونیکی با سایر قطعاتی که در این مطلب استفاده می‌شوند این است که منبع ولتاژ یک قطعه فعال یا active محسوب می‌شود. یک قطعه فعال در مدار الکتریکی می‌تواند پیوسته انرژی لازم برای مدار را تامین کند. انواع باتری‌ها یا ژنراتورها به‌عنوان منابع ولتاژ در این گروه قرار می‌گیرند. در حالی که خازن یا مقاومت جز‌ء عناصر غیرفعال یا passive در یک مدار الکتریکی محسوب می‌شوند.

منبع ولتاژ با ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو نقطه از مدار باعث جاری شدن جریان الکتریکی در مدار می‌شود. اگر منبع ولتاژ ولتاژ ثابتی به مدار بدهد، به گونه‌ای که ولتاژ تولید شده در آن به هیچ کدام از اجزای مدار بستگی نداشته باشد، آن را منبع ولتاژ مستقل می‌نامند. منابع ولتاژ مستقل شامل باتری‌ها و انواع ژنراتورهای DC یا AC هستند. ممکن است بنا به کاربرد، از منابعی استفاده کنیم که ولتاژی وابسته به ولتاژ یا جریان یکی از اجزای مدار تولید کنند. این منابع ولتاژ، منبع ولتاژ وابسته نامیده می‌شوند که جزئیات بیشتر این منابع، موضوع این مطلب نیست.

تکمیل یادگیری ساخت مدار چشمک زن با فرادرس

در انتهای این مطلب از مجله فرادرس، اگر دانشجو هستید و تمایل دارید اطلاعات تکمیلی و جامعی در مورد مباحث مرتبط با مدارهای الکتریکی و مهندسی برق به‌دست آورید، می‌توانید فیلم‌های آموزشی زیر از مجموعه فرادرس را مشاهده کنید:

1. فیلم آموزش مبانی مهندسی برق فرادرس
2. فیلم آموزش الکترونیک ۱ فرادرس
3. فیلم آموزش مدارهای الکتریکی ۱ فرادرس
4. فیلم آموزش مدارهای الکتریکی ۲ فرادرس
5. فیلم آموزش رایگان پل دیودی چیست؟ انواع و عملکرد فرادرس (رایگان)
6. فیلم آموزش الکترونیک کاربردی، طراحی و پیاده‌ سازی مدارات فرادرس
7. فیلم آموزش عیب یابی مدارات الکترونیکی فرادرس
8. فیلم آموزش مبانی تعمیر چراغ های LED فرادرس
9. فیلم آموزش حفاظت و رله با نکات کاربردی فرادرس

ساخت مدار چشمک زن با ‎555 Timer IC

می‌توان در ساخت مدار چشمک زن به جای ترانزیستور، از یک تراشه زمان‌سنج 555 استفاده کرد. هدف از استفاده از این قطعه این است که بازه‌های زمانی چشمک زدن LED یا خاموش روشن شدن آن را بتوانیم بهتر تنظیم کنیم. بقیه اجزایی که در چنین مداری استفاده می‌شوند، همان اجزای پسیو معمول مانند خازن و مقاومت هستند.

برای ساخت مدار چشمک زن با تایمر، به قطعاتی مطابق با جدول زیر نیاز است. ‌NE555 دارای دیتاشیت کامل و مفصلی است که با جستجو در اینترنت به راحتی قابل دسترسی است. این نوع تایمر در هر دو حالت یکنواخت یا پایدار کار می‌کند. تغذیه چنین قطعه‌ای در محدوده ولتاژ ‎4.5 V تا ‎16 V قرار می‌گیرد و خروجی آن جریانی با مقداری بیشتر از ‎200 mA است.

در واقع نام تایمر 555 بر این اساس انتخاب شده که از سه مقاومت ‎5 kΩ به هم متصل شده در داخل IC، ساخته شده است. «پایه‌ها یا پین‌های» (Pins) تایمر 555 شامل موارد زیر می‌شوند:

1. پین اول: اتصال تایمر به منفی منبع تغذیه
2. پین دوم: Trigger یا ورودی منفی مقایسه‌گر اول
3. پین سوم: Output یا خروجی
4. پین چهارم: Reset یا تنظیم مجدد
5. پین پنجم: ولتاژ کنترل
6. پین ششم: Threshold یا ورودی مثبت برای مقایسه‌گر دوم
7. پین هفتم: Discharge یا پین متصل به کلکتور ترانزیستور
8. پین هشتم: V_cc یا تغذیه مثبت

برای ساخت مدار چشمک زن با این قطعه، لازم است دو LED موردنظر را به پین خروجی IC متصل کنیم، طوری که قطبیت معکوس باشد. این مسئله باعث می‌شود که پالس مثبت از یک LED و پالس منفی از LED دیگر تولید شود. پین‌های دوم و ششم با هم جفت می‌شوند و بین مقاومت ‎1 kΩ و خازن قرار می‌گیرند. پین تخلیه یا پین شماره هفت نیز بین مقاومت‌های ‎1 kΩ و ‎100 kΩ قرار می‌گیرد. با اتصال باتری ‎9 V به مدار، LED بر اثر دریافت پالش‌های مثبت و منفی شروع به درخشش خواهد کرد. مدت زمان چشمک زدن LED به مقادیر مقاومت و ظرفیت خازن بستگی خواهد داشت. از چنین مداری برای نشان دادن سطح آب یا میزان حجم یک ماده خاص استفاده می‌شود. همچنین در کنترل‌کننده‌ها نیز کاربرد دارد.

نکات تکمیلی ساخت مدار چشمک زن

پس از اینکه مراحل ساخت مدار چشمک زن را یاد گرفتیم، در این بخش نکات تکمیلی مدار را بیان می‌کنیم. مداری که در ابتدای این مطلب توضیح دادیم و شامل یک LED بود را در نظر بگیرید. اگر بخواهیم زمان چشمک زدن LED در این مدار را محاسبه کنیم، طبق فرمولی که در ابتدا بیان شد، خواهیم داشت:

$$t=RC$$

گفتیم LED در یک مدار چشمک زن بر اثر شارژ و دشارژ شدن خازن توسط مقاومت چشمک می‌زند. بنابراین باید مقاومتی که به خازن متصل شده است را برای استفاده در این فرمول در نظر بگیریم. مقدار مقاومتی که در این مدار استفاده شده است یعنی R برابر است با ‎1 kΩ. حالا اگر ظرفیت خازن یا C را ‎100 μF در نظر بگیریم، زمان چشمک زدن LED خواهد شد:

$$t=RC=100 \mu F\times1 k\Omega=100\times10^{-6}\times10^3=0.1 \ s$$

پس زمان چشمک زدن LED در مداری که با خازن ‎100 μF ساخته شده است، برابر شد با ‌‎.0.1 s اگر خازن دیگری (‎1000 μF‌) که در ابتدا پیشنهاد کردیم استفاده شود را بکار ببریم، در این صورت زمان چشمک زدن می‌شود:

$$t=RC=1000 \mu F\times1 k\Omega=1000\times10^{-6}\times10^3=1 \ s$$

پس می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم که با افزایش ظرفیت خازنی که در ساخت مدار چشمک زن بکار می‌بریم، مدت زمان چشمک زدن LED بیشتر می‌شود. به همین ترتیب با افزایش مقدار مقاومت نیز زمان t افزایش خواهد یافت.