آموزش تعمیر موبایل مبتدی فصل ۸

از مهمترین قطعاتی که امروزه بیشترین مصرف را در بردهای الکترونیکی از جمله برد موبایل دارند، دیود و ترانزیستور است. در بخش آموزش تعمیر گوشی لازم است که دیود و ترانزیستور را بصورت کامل برای شما شرح دهیم. البته در کلاس عملی آموزش تعمیر موبایل این قطعات روی چندین مدل برد به کارآموزان داده میشود تا آنها را از روی برد جداسازی، تست و اندازه گیری کنند. این کار عملی باعث یادگیری سریعتر و بهتر در عیب یابی موبایل میشود.

آموزش الکترونیک موبایل

همانطور که در فصلهای پیشین در جزوه آموزش تعمیر موبایل برایتان آوردیم، گوشی تلفن همراه از قطعات الکترونیکی بهم پیوسته تشکیل شده است. هر یک از این قطعات مستلزم شناخت است تا بتوانیم عیب یابی برد خراب موبایل را براحتی انجام دهیم. در این فصل تعریف دیود و تعریف ترانزیستور از پایه توضیح داده شده است.

دیود

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (قطب مثبت پیل به آند و قطب منفی به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.7 ولت می‌‌باشد. از طرف دیگر دیود قطعه‌الکترونیکی است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ،سیلیسیم یا ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه ‌است،کریستال نیمه هادی نوع pدارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد.

دیود چیست؟ قطعه ی الکترونیکی دو سری است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور میدهد  (در این حالت مقاومت دیود ایده آل صفر است). و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی (در حد بینهایت) نشان میدهد. دیود از اتصال دو نیمه هادی نوع منفی و مثبت به یکدیگر به وجود می آید. سری از دیود که به نیمه هادی نوع منفی متصل باشد (کاتد) و سری که به نیمه هادی نوع مثبت متصل می شود (آند) نامیده می شود. قطعه ای بسیار مهم در مدار های الکترونیکی به ویژه مدار های گوشی های تلفن همراه که نقش اساسی آن ها یکسو سازی و یا تثبیت و افت ولتاژ است.

• مهمترین کاربرد دیود عبور دادن جریان در یک جهت و ممانعت در برابر عبور جریان در جهت مخالف است. در نتیجه میتوان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می شود.
• اگر آند یک دیود را به قطب مثبت و کاتد آن را از طریق مقاومت R به قطب منفی یک باطری متصل نماییم، ولتاژ باطری در خلاف جهت سد پتانسیل به دیود اعمال می شود و اگر اندازه ولتاژ باطری از ولتاژ سد پتانسیل دیود زیاد تر باشد این سد شکسته شده و جریان در دیود برقرار می شود. در این صورت می گوییم دیود در اتصال موافق یا بایاس مستقیم قرار گرفته و جریان الکتریسیته می تواند از آن عبور نماید.
• مقدار ولتاژی که باعث می شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید، ولتاژ آستانه نامیده می شود که چیزی حدود 0/6 تا 0/7 می باشد.
• حال اگر جهت دیود را عوض کنیم به طوری که قطب مثبت باطری به کاتد دیود و قطب منفی آن از طریق مقاومت R به آند وصل گردد، در این صورت ولتاژ سد پتانسیل دیود مخالفت نمی کند بلکه به آن نیز کمک می نماید و در مقابل حرکت الکترون ها یا عبور جریان ممانعت شدیدی را به عمل می آورد. به طوری که هیچ گونه جریانی از دیود عبور نخواهد نمود. در این حالت می گوییم دیود در حال اتصال مخالف یا بایاس معکوس قرار گرفته است و جریان از آن عبور نمی نماید.
• در بایاس معکوس جریانی از دیود عبور نمیکند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند μA یا حتی کمتر میباشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیری در رفتار سایر المان های مدار نمیگذارد.
• هرچه جنس کریستال به کار رفته در ساخت دیود از نظر ساختار منظم تر باشد، دیود مرغوب تر و جریان نشتی کم تر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیود های با تکنولوژی جدید عملاً به صفر میل می کند.

تمام دیود ها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود میسوزد (کریستال ذوب می شود) و جریان را در جهت معکوس هم عبور میدهد. به این ولتاژ، ولتاژ آستانه شکست دیود (VBR) گفته می شود.

• بیشترین آمار سوختگی در برد گوشی ها را دیود دارا می باشد.
• پس جریان فقط در یک جهت و آن هم جهتی که فلش دیود نشان می دهد از دیود عبور می کند.

انواع دیود

1. دیود معمولی (ژرمانیوم) با شماتیک 
2. دیود نورانی LED با شماتیک  

دیودهای نورانی یکی از پر مصرف ترین دیود ها هستند که در زندگی روزمره بسیار دیده می شوند . مثل چراغ روشن و خاموش تلویزیون ، نور پس زمینه LCD و (Key pad صفحه کلید) موبایل و...

3. دیود زنر (Zener) با شماتیک  

دیود زنر نقش پر کاربرد تثبیت ولتاژ را در انواع مدارات الکترونیکی و به ویژه گوشی های تلفن همراه به عهده دارد.

• دیود های زنر با ولتاژ شکست بین 1 تا 100 ولت ساخته می شوند.
• برای بالا بردن ولتاژ زنری و همچنین افزایش جریان قابل تحمل زنرها، می توان آن ها را با توجه به قوانین مدارات ترکیبی به صورت سری یا موازی بست.

مثالی کاربردی و ساده برای دیود ها

یک ساعت دیجیتال در حالت معمول از یک آداپتور V 15 تغذیه می شود. در هنگام قطع برق، یک باطری پشتیبان وظیفه تغذیه ساعت و عدم صفر شدن آن را بر عهده دارد. مدار زیر که با استفاده از دیود طراحی شده، در هنگام وجود برق ساعت را به آداپتور وصل می کند و در هنگام قطع برق ساعت را از باطری تغذیه می کند. همچنین یک LED در مدار وجود دارد که وجود یا عدم وجود برق را به ما نشان می دهد.

در شکل بالا زمانی که برق وجود دارد، دیود D1 را روشن می گیریم. پس بر روی کاتد هر دو دیود (0.7 - 15)V قرار می گیرد. چون D2 باید خاموش باشد، ولتاژ آند آن را حداکثر v 14.3 در نظر می گیریم (همان ولتاژ باطری) تا ساعت تنها ازمنبع ولتاژ تغذیه گردد. با قطع برق بایاس D2 قطع گشته و این دیود خاموش می گردد. در این حالت D1 روشن گشته ساعت با ولتاژ (0.7-14.3)V تغذیه می گردد.

لازم به یادآوری است برای این که دیودی روشن باشد، ولتاژ آند آن باید حداقل 0.7V از ولتاژ کاتد آن بیشتر باشد.

رنگ دیود

دیود ها به رنگ مشکی و سفید روی برد دیده می شوند. دیودهای معمولی و زنر به رنگ مشکی و دیودهای LED به رنگ سفید روی برد قراردارند.

شماتیک دیود

دیود ها را در شماتیک موبایل با حرف (با حرف V و دیود زنر را با حرف ZD) نمایش می دهند. سوختن آن موجب می شود که گوشی شارژ نشود.

• شایان ذکر است که نیمه هادی ها مثل هادی ها دیگر دارای واحد و کمیت نیستند و به جای آن شماره فنی و شناسایی دارند.
• دیودهای زنر که علاوه بر شماره فنی مقدار ولتاژ مجاز کار زنر و مقدار توان آن نیز مشخص می شود.
• دیود های LED معمولا از روی رنگ و شکل شناسایی می شوند.

تست دیود

• رنج بازر یا 2KΩ 
• از یک طرف اهم بین 200 تا 600 و از طرف دیگر اهم 1.0 یا بالای 1000

ترانزیستور

در این آموزش ما قصد نداریم تا شما عزیزان را با محاسبات پیچیده، و شرح ساختمان Transistor که فعلا کاربردی برای اکثر شما ندارد درگیر کنیم.
هدف ما این است که شما بعد از خواندن این مقاله اطلاعت مهم و کاربردی درباره Transistor را یاد بگیرید و بتوانید از آن در برخی جاها استفاده نمایید.

ترانزیستور یکی از مهم ترین قطعات الکترونیکی میباشد. ترانزیستور از مواد نیمه هادی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می شود. یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوند های نوع N و نوع P می باشد.ترانزیستور از سه قطعه کریستال نیمه هادی تشکیل شده است.بسته به نوع تناوبکریستال ها به دو نوع PNP و NPN تقسیم می گردند. ترانزیستور یکی از مهم ترین و پر کاربرد ترین قطعات نیمه هادی است که در گوشی ها نیز استفاده های زیادی دارد. این عناصر می توانند نقش سوئیچ، تقویت کننده ولتاژ، تقویت کننده جریان و ... را در مدارها ایفا کنند.

• لازم به ذکر است که از هر قطعه نیمه هادی به کار رفته در ترانزیستور یک پایه جهت اتصال بیرون می آید. بنابراین هر ترانزیستوری دارای سه پایه می باشد. به پایه مربوط به نیمه هادی وسط بیس (اساس) گفته می شود. یکی از پایه های مربوط به نیمه هادی طرفین کلکتور (جمع کننده) نامیده می شود که آن را با C نشان می دهند. پایه دیگر نیز امیتر (منتشر کننده) نام دارد و آن را با E مشخص می کنند.
• بیس سوییچ خاموش و روشن ترانزیستور می باشد. اگر جریان به سمت بیس جاری شود، جریان از کلکتور به سمت امیتر جاری خواهد شد (سوئیچ روشن است) حال اگر جریانی به سمت بیس نداشته باشیم، جریان نمی تواند از کلکتور به سمت امیتر جاری شود (سوئیچ خاموش است)
• در نقشه ها به منظور مشخص نمودن نوع ترانزیستور از یک فلش که بر روی امیتر قرار میگیرد استفاده می کنند.

اگر این فلش به طرف داخل ترانزیستور باشد ترانزیستور مثبت یا PNP بوده و اگر به طرف خارج ترانزیستور باشد ترانزیستور NPN است.

مزایای ترانزیستورها بر لامپهای خلاء

قبل از گسترش ترانزیستور ها، لامپهای خلا قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند. مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با لامپهای خلاء سابق در بیشتر کاربردها را دارد شامل:

• اندازه کوچک تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ های خلا)
• تولید کاملاً اتوماتیک
• هزینه کمتر (در حجم تولید)
• امکان ولتاژ کاری پایین تر (اما لامپ های خلا در ولتاژ های بالاتر میتوانند کار کنند)
• نداشتن دوره گرم شدن (بیشتر لامپ های خلا به 11 تا 61 ثانیه زمان برای عملکرد صحیح نیاز دارند)
• تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی، ولتاژ اشباع خیلی پایین)
• قابلیت اطمینان بالاتر و سختی فیزیکی بیشتر
• عمر خیلی بیشتر (قطب منفی لامپ خلا سرانجام ازبین میرود و خلا آن میتواند آلوده بشود)
• فراهم آوردن دستگاه های مکمل
• قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستور های قدرت برای کنترل صد ها آمپر در دسترسند، لامپهای خلا برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند)
• میکروفونیک بسیار کمتر

نواحی کاری ترانزیستور

ترانزیستور دارای 3 ناحیه کاری می باشد:

1. ناحیه قطع: حالتی است که ترانزیستور در آن ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی دهد. اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون آمده و به ناحیه فعال وارد می شود.
2. ناحیه فعال: در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می کند.
3. ناحیه اشباع: اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه ای می رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس، دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود. به این حالت، حالت اشباع میگویند.اگرجریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد.

عملکرد ترانزیستور

ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه پایه می باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان های دیگر مانند مقاومت ها و ... جریان ها و ولتاژ های لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

انوع ترانزیستور ها و سمبل مداری آن ها

ترانزیستور BJT تیپ مثبت PNP با شماتیک  

ترانزیستور BJT تیپ منفی NPN با شماتیک   

ترانزیستور uni Junction transistor) UJT)

ترانزیستور اثر میدان field effect transistor) FET) نوع مثبت با شماتیک  

ترانزیستور اثر میدان NFET نوع منفی با شماتیک  

ترانزیستورها در الکترونیک عمومی همانطور که از شماتیک آن پیدا است عنصری سه پایه است اما در مدار گوشی های تلفن همراه، ترانزیستور ها به شکل های سه پایه و چهارپایه دیده می شوند. نوع چهار پایه آن یک پایه برای دفع گرمای ترانزیستور یا هیت سینک دارد که از پایه های دیگر پهن تر و بزرگ تر است و با حرف H نشان داده می شود.

انواع ترانزیستور پیوندی

با توجه به نحوه قرار گرفتن نیمه رسانا های مثبت و منفی در ترانزیستور، آنها را به دو دسته پیانپی و انپیان تقسیم می کنند.

PNP: شامل سه لایه نیمه هادی که دو لایه کناری از نوع P و لایه میانی از نوع N است، می باشد.

NPN: شامل سه لایه نیمه رسانا که دو لایه کناری از نوع N و لایه میانی از نوع P است، می باشد.

نحوه تغذیه ترانزیستور

برای آن که ترانزیستور بتواند به درستی عمل تقویت را انجام دهد، ابتدا باید توسط یه ولتاژ DC به درستی تغذیه گردد.

نام گذاری های زیر در مورد پارامتر های ترانزیستور معمول هستند:

• ولتاژ بین پایه های بیس و امیتر :𝑉𝐵𝐸
• ولتاژ بین پایه های کلکتور و امیتر :𝑉𝐶𝐸
• جریان گذرنده از پایه بیس :𝐼𝐵
• جریان گذرنده از پایه کلکتور :𝐼𝐶
• جریان گذرنده از پایه امیتر :𝐼𝐸

بین این پارامتر ها روابطی وجود دارد که مورد این بحث نیست. مثلا برای این که ترانزیستور روشن شود باید V 1.1 = 𝑉𝐵 باشد. یا مثلا IE = IC + IB

تست ترانزیستور و یافتن پایه های آن

از آن جا که تست دیود بسیار ساده و راحت است، برای ترانزیستور از مدار معادل دیودی آن استفاده می کنیم. ابتدا با روش صحیح و خطا پایه بیس را پیدا می کنیم. بیس پایه ای است که نسبت به دو پایه دیگر مشترک بوده و راه می دهد. از بین دو پایه دیگر، پایه ای که مقاومت بیشتری نسبت به بیس نشان می دهد امیتر و پایه ای که مقاومت کمتری نشان میدهد کلکتور می باشد. همچنین با توجه به معادل دیودی ترانزیستور اگر در هنگام تست، سیم قرمز روی بیس باشد، ترانزیستور از نوع منفی و چنانچه سیم مشکی روی برد باشد، ترانزیستور از نوع مثبت می باشد.

شیوه اتصال ترانزیستور ها

در ترانزیستور همیشه سیگنال ورودی به دو پایه از سه پایه داده می شود و سیگنال خروجی نیز از دو پایه دیگر آن گرفته می شود. بنابراین همواره یک پایه بین ورودی و خروجی مشترک می باشد. نام انواع شیوه های اتصال و یا آرایش ترانزیستور ها با توجه به این پایه مشترک انتخاب می شود. شامل:

1. اتصال بیس مشترک: در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است.
2. اتصال امیتر مشترک: مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است. مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روش ها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد.
3. اتصال کلکتور مشترک: در این اتصال پایه کلکتور بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است.

لازم به ذکر است که هر کدام از اتصال های ذکر شده در بالا، دارای ویژگی های منحصری هستند و مشخصه الکتریکی این مدارات، پاسخ آن ها به سیگنال های ورودی، ضریب تقویت و ... با یکدیگر تفاوت دارد.

ترانزیستور اثر میدان (FET) 

 در این قطعه، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمیکند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی، جریان عبوری از FET کنترل میشود. پس جریان ورودی گیت آن ها صفر است. این ترانزیستور ها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند.

این ترانزیستور ها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا به راحتی مجتمع میشوند و فضای کمتری اشغال میکنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند. البته نقطه کار این ترانزیستور ها نسبت به دما حساس است و تغییر میکند.

فت دارای سه پایه با نامهای درین (D) ، سورس (S) و گیت (G) است که پایه گیت، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل مینماید.

FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک میگردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.
برای تست FET ها از مولتی متر روی رنج بازر استفاده می کنیم. نخست پایه گیت را پیدا میکنیم. یعنی پایه هایی که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق میتوان پایه درین را از سورس تشخیص داد.

رنگ ترانزیستور

ترانزیستورها به رنگ مشکی می باشند و رایج ترین مدل آن، مدل ۳ پایه می باشد.

کلیه روشهای تست ترانزیستورها در کارگاه آموزش تعمیر موبایل کامتک بصورت عملی میباشد. بطوریکه تعاریف گفته شده و بیشتر روی برد مثال زده میشود. در کارگاه آموزش عملی موبایل کامتک بیش از ۵۰ مدل برد گوشی برای تمرین کارآموزان مهیا شده است که تعمیرکار موبایل (استاد کلاس موبایل) کلیه قطعات الکترونیکی برد را با شما کار میکند. جزوه آموزش تعمیر موبایل آورده شده باعث میشود که کارآموزان قبل از شروع هر جلسه تعاریف تئوری را مرور کنند.