آشنایی با المان های ایسیو(ECU) و مبانی آن

از آن جا که ایسیو یک دستگاه کاملا الکترونیکی می باشد، تحلیل و بررسی آن بدون شناخت اولیه از المان های الکترونیکی میسر نیست. بنابراین در این مقاله سعی  شده تا مقدمه ای از علم الکترونیک معرفی گردد تا آشنایی نسبی با المان های ایسیو (ECU) و مبانی آن کسب کنید. اگر قصد آشنایی با المان های ایسیو را دارید این مطلب را تا انتها بخوانید.

 

المان های ایسیو(ECU)

نیمه رساناها یکی از مهم ترین المان های ایسیو(ECU)

نیمه رساناها( ^{Semi-Conductors}) عناصری هستند که در لایه آخر خود دارای ۴ الکترون هستند و از نظر هدایت ما بین فلزات وعایق ها هستند دو عنصر نیمه هادی که دارای بیشترین کاربرد هستند ، سلسیم و ژرمانیم هستند.

این عناصر در حالت معمولی دارای مقاومت بالایی هستند و تعداد الکترون ها و پروتون های اتم آن ها با یکدیگر برابر می باشد، اما می توان با تزریق ناخالصی به اتم توازن بین الکترون ها و پروتون ها را بر هم زده و توسط این مقاومت نیمه رسانا را کم کرده و آنها را به یک رسانا تبدیل کرد. ناخالصی بر دو نوع              می باشد : ناخالصی نوع ^N و ناخالصی نوع ^P.

نیمه رسانای نوع ^N

در نوع ^N اتم ۵ ظرفیتی (مانند آرسنیک ^AS) به نیمه هادی تزریق می شود .در این حالت توازن بین الکترون ها و پروتون ها از بین می رود و به دلیل اینکه اتم ۵ ظرفیتی و ۴ ظرفیتی  با هم پیوند زده می شوند ، الکترون آزاد ایجاد می شود

نیمه رسانای نوع ^p

در نوع ^P اتم ۳ ظرفیتی ( مانند آلومینیم ^AL) به نیمه هادی تزریق می شود. در این حالت هم توازن بین الکترون ها و پروتون ها از بین می رود و به دلیل اینکه اتم ۳ ظرفیتی و ۴ ظرفیتی با هم پیوند زده میشوند، یک الکترون کم می باشد و به اصطلاح حفره ( جای خالی الکترون) ایجاد می شود.

جاری شدن جریان در نیمه رسانا   

جریان در نیمه رسانا به دو دلیل ایجاد می شود:

• جریان ناشی از تفاوت غلظت حامل ها در قسمت های مختلف نیمه رسانا ( جریان انتشاری )
• جریان ناشی از اعمال ولتاژ به دو سر نیمه رسانا ( جریان انتقالی)

نیمه رساناها را در درون دستگاه های گوناگونی یافت می شوند. اساس ساخت پـردازشگر ها و ریز پردازنده ها و تمام دستگاه هایی که به نحوی اطلاعات و عملیاتی را پردازش می کنند، نیمه رساناست.

در خودرو بـا تـوجه به پیشرفت در قسمت برق آن بیشتر قطعات مکانیکی خودرو جای خود را به قطعات الکتریکی داده اند.و این امر موجب کاهش وزن و افزایش راندمان در خودرو شده است. این کارها به وسیله نیمه رساناها امکان پذیرفته است.

نیمه رسانـا درساده تـرین شکل خـود یک دیود(^Diode) است و درشکل های پیچیده تر ترانزیستور و مدارمجتمع و…. می باشد. دیودها دارای اشکال متفاوت و کاربردهای متفـاوتی می باشند .

دیود ایسیو 

از اتصال دولایه ^p و ⁿ دیود درست می شود. هنگامی که این دو نیمه هادی به هم اتصال داده شوند، به علت مخالف بودن بار، همدیگر را جذب می کنند و الکترون های آزاد جذب حفره ها می شوند.

این عمل جذب فقط در محل پیوند صورت می گیرد که دو نیمه هادی در تماس با یکدیگر هستند. این عمل باعث می شود تا بین دو نیمه هادی یک لایه خنثی که عایق می باشد ایجاد شود و از عبور و ترکیب دیگر الکترون و حفره ها با یکدیگر جلوگیری شود. به این قسمت، ناحیه تهی، تخلیه یا سد گفته می شود.

اتم های یونیزه شده، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود ۲.۰ ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود ۶.۰ ولت است. به علت وجود جاذبه بین بارهای مثبت و منفی در دو طرف ناحیه سد ، بارها به صورت مرتب شده قرار گرفته اند.

کریستال نیمه هادی نوع ^p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی ⁿ دارای بار الکتریکی منفی می باشد .

اگر قصد آشنایی با این قطعه را دارید توصیه می کنیم مقاله “ایسیو چیست؟” را مطالعه نمایید.

عمل دیود ایسیو در مقابل ولتاژخارجی

وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .

• بایاس مستقیم:

اگـر قسمت ^P دیود به قطب مثبت باطری و N دیود به قطب منفی باطری متصل شود، بارهای همنام  مثبت باطری و^P دیود یکدیگر را دفـع نموده و درنتیجه سد پتانسیل کوچک شده و جریان اصلی باطری توسط دیود هدایت می شود.

• بایاس معکوس:

اگر^P دیود را به قطب منفی باطری و ^N دیود را به قطب مثبت باطری وصل کنیم بـارهای مثبت  ^P توسط بـارهای منفی باطری جـذب شـده (دو بـار همنام یکدیگر را جذب می کنند) و بـارهای منفی دیود تـوسط بـارهای مثبت باطری جـذب می شود بنابراین سد پتانسیل دیود پهن تر شده و اجازه عبور جریان را نمی دهد.

عمل یکسوسازی دیود ایسیو

مهم ترین وظیفه دیود عمل یکسوسازی جریان متناوب است. یک دیود نمی تواند تمام جـریان را یکسو نماید وفقط نیم پریود را عبور می دهد.

انواع دیود های ایسیو   

دیود ها علاوه بر متفاوت بودن جنس و تکنولوژی ساخت آنها ، دارای انواع مختلفی هستند که دارای عملکرد های خاص خودمی باشند.

• دیود اتصال نقطه ای
• دیود زنر
• دیود نور دهنده ^LED
• دیود خازنی ( واراکتور )
• فتو دیود
• دیود مادون قرمز
• دیود قدرت
• دیود تونلی

ترانزیستور ایسیو  

ترانزیستورها یکی از قطعات اساسی در الکترونیک هستند. ترانزیستور ها سوئیچ هایی هستند که برای خاموش و روشن کردن به کار می روند. این قطعه از سه لایه نیمه رسانای نوع ^P و^N که در کنار هم قرار می گیرند، تشکیل شده است.

این لایه ها ی نیمه هادی به دو صورت کنار هم چیده میشود.

ترانزیستور^NPN (تیپ منفی)

ترانزیستور^PNP  (تیپ مثبت)

ترانزیستور از ۳ پایه تشکیل می شود به نام های امیتر (منتشر کننده) ، بیس ( پایه)  کلکتور (جمع کننده)، نام گذاری شده است. نیمه هادی که امیتر را تشکیل می دهد، نسبت به دو لایه بیس و کلکتور ناخالصی بیشتری دارد و لایه بیس نسبت به کلکتور و امیتر ناخالصی کمتری دارد.

ترانزیستور عنصرفعال کلیدی در الکترونیک مدرن است. اگرچه میلیون ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفـاده می شوند ولی اکثـریت آن ها به صورت مـدارمجتـمع (اغلب بـه صورت ^IC و همچنین میکرو چیپ یـا بـه صورت سـاده چیپ نامیده می شوند) همـراه بـا دیـودهـا، مقـاومت ها، خـازن ها و دیگـر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مـدار کامل الکترونیک ساخته می شوند. مـدارات ترانزیستوری به خوبی جایگزین دستگاه های کنترل ادوات و ماشین ها شده اند.

حتما بخوانید: تستر ایسیو چیست؟

طرزعمل ترانزیستور ایسیو  

اگر مدار امیتر – پایه  ترانزیستور(E-B) را به یک باطری ضعیف ( دو ولتی ) در جهت موافق متصل کنیم، سـد پتانسیل بین امیتر- بایس کوچک شده و جریـان از پـایه ترانزیستور عبورمی کند، درهمین حال اگر یک باطری قوی تررا بین پایه و کلکتـور درجهت مخالف ببندیم سد پتانسیل بین لایه کلکتور- بایس افزایش      می یابد .

برای آنکه جریان باطری قوی تر از مدار عبور کند باید ترانزیستوررا با مشخصات زیر ساخت :

• ضخامت لایه باید خیلی کوچک ساخته شود.
• نا خالصی لایه وسط را نسبت به لایه های امیتر و کلکتور کمتر نمود.
• باطری یا منبع تغذیه کننده دوم قوی تر از منبعی باشد که جریان پایه را برقرار می کند.

به کمک پتانسیل باطری ها سد پتانسیل بین لایه امیتر- بایس کوچک شده ،تعدادی الکترون از سـد عبور کرده، وارد امیتر می شوند و جریان لازم در پایه برقرار می گردد؛ ولی چون ناخالصی قسمت وسط کم است، تعداد زیادی از الکترون های قسمت وسط بـه علت نـازکی آن از لایه وسط به کلکتـور رفتـه و جذب حفـره های ^P کلکتور می شوند و بـاعث می گردد که باطری قـوی تر جریان لازم را از ترانزیستور عبور دهد.

کاربرد ترانزیستور   

ترانزیستور دارای ۳ ناحیه کاری می باشد.ناحیه قطع ، ناحیه فعال(کاری یا خطی) و ناحیه اشباع.  ناحیه قطع حالتی است که تـرانزیستوردر آن ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی دهد.اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حـالت قطع بیرون آمده و به ناحیه فعـال وارد می شود.

در حـالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می کند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه ای می رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بیـن کلکتور و امیتر نخواهیم بود؛ به این حالت اشباع می گویند و اگر جریان ورودی به بیس زیـاد تر شود امکان سوختـن تـرانزیستور وجود دارد.

تـرانزیستورهم در مـدارات الکترونیک آنالوگ وهم درمدارات الکترونیک دیجیتـال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. درمدارات آنالوگ تـرانزیستور در حـالت فعـال کار می کند و می توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ و … استفـاده کرد و در مـدارات دیجیتـال تـرانزیستور در دو نـاحیه قطع و اشباع فعالیت      می کند که می توان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و … استفاده کرد .

به جرأت می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است. ترانزیستورازدیدگاه مداری یک عنصر سه پایه میباشد که بـا اعمال یک سیگنال به یکی از پایه های آن، میـزان جریـان عبـور کننده از دو پـایه دیگر آن را می تـوان تـنظیـم کرد.

بـرای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط الما نهای دیگر مانند مقاوم تها ،جریان ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد  .

انواع ترانزیستور ایسیو  

دو دسته مهم از ترانزیستورها ^BJT  (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) و ^FET  (ترانزیستور اثـر میدان) هستند.

تـرانزیستورهای اثـرمیدان یا  ^FETها نیز خود به دو دسته تـرانزیستـور اثـر میـدان پیوندی (^JFET)  و  MOSFET هـا تقسیم می شوند.

مقاومت ایسیو 

به هر قطعه یا عنصری که در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت نشان می دهد، مقاومت الکتریکی گفته می شود . مقاومت الکتریکی را با حرف  Rکه از کلمه Resistor گرفته شده است نشان می دهند. واحد اندازه گیری مقاومت الکتریکی اهم است که آن را با علامت Ω نشان می دهند. مقاومت ها در صنایع برق و الکترونیک از اهمیت بالایی برخوردارند و بیشتر به منظور محدود کردن جریان و تقسیم جریان و نیز ایجاد ولتاژهای مختلف در مدارات به کار گرفته می شود.

ایسیو زیمنس

انواع مقاومت های الکتریکی :

مقاومت های الکتریکی به دو دسته کلی مقاومت های ثابت و مقاومت های متغیر تقسیم می شوند . مقاومت های ثابت مقاومت هایی هستند که مقدار اهمی آنها همواره ثابت است و مقاومت های متغیر مقاومت هایی هستد که مقدار اهم آنها قابل تغییر است. مقاومت های ثابت خود به سه دسته تقسیم می شوند که این سه دسته عبارتند از:

• مقاومت های کربنی ( ترکیبی)
• مقاومت های سیمی ( سیم پیچی شده )
• مقاومت های لایه ای

مقاومت های متغیر نیز خود به دو دسته کلی مقاومت های قابل تنظیم و مقاومت های وابسته تقسیم می شوند .

مقاومت های متغیر قابل تنظیم عبارتند از:

• پتانسیومتر
• رئوستا

خازن ایسیو 

خازن ها انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کنند و به همراه مقاومت ها، در مدارات تایمینگ استفاده می شوند. همچنین از خازن ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می شود . خازن ها بعنوان فیلتر هم در مدارات کاربرد دارند. زیرا خازن ها به راحتی سیگنال های غیر مستقیم ^AC را عبور می دهند ولی مانع عبور سیگنال های مستقیم ^DC  می شوند.

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می یشود:

الف – صفحات هادی

ب – عایق بین هادی ها (دی الکتریک)

ساختمان خازن 

هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آن ها قرار داده شود، تشکیل خازن می دهند. معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده         می شود .

انواع خازن 

الف -خازن های ثابت

• سرامیکی
• خازن های ورق های
• خازن های میکا
• خازنه ای الکترولیتی o آلومینیومی  o تانتالیوم

ب -خازن های متغیر

• واریابل
• تریمر

انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آن ها

1. مسطح
2. کروی
3. استوانه ای

انواع خازن بر اساس دی الکتریک آن ها

1. خازن کاغذی
2. خازن الکترونیکی
3. خازن سرامیکی
4. خازن متغییر

ظرفیت خازنC: نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باطری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.

آی سی (IC) ایسیو

(IC (integrated circuit به معنی مدار مجتمع و به مجموعه ای از مدارهای الکترونیکی اطلاق می گردد که با استفاده از مواد نیمه رسانا( عموماً سیلیکون همراه با میزان کنترل شده ای ناخالصی) در ابعادی کوچک ساخته می شود.

این مداراها معمولاً شامل دو یا سه نوع دستگاه الکترونیکی  میباشند: مقاومت، خازن و ترانزیستور (مهم ترین آن ها ترانزیستور می باشد).

هر تراشه معمولاً حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور می باشد که با استفاده از فناوری پیچیده ای در داخل یک لایه از سیلیکن همگون و با ضخامتی یکنواخت و بدون ترک تزریق شده اند.

پیش از اختراع ^IC ،مدارهای الکترونیکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می شدند.

این مدارات فضای زیادی را اشغال می کردند و توان الکتریکی بالایی نیز مصرف می کردند و این، امکان به وجود آمدن نقص و عیب در مدار را افزایش می داد و همچنین سرعت پایینی هم داشتند.

 ^IC، تعداد زیادی عناصر الکتریکی را که بیشتر آنها ترانزیستور هستند، در یک فضای کوچک درون خود جای داده است و همین پدیده است که باعث شده امروزه دستگاه های الکترونیکی کاربرد چشمگیری در همه جا و در همه زمینه ها داشته باشند.

در ساخت  ^ICها طراحان سعی می کنند تا حد امکان از ترانزیستور استفاده کنند. مثًلاً به جای خازن ازترانزیستور در بایاس معکوس استفاده میکنند و یا در جایی دیگر که مقاومت بزرگی نیاز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزیستور استفاده میکنند؛ زیرا در حجمی که مقاومت میگیرد ؛ می توان چند ترانزیستور جای داد.

بعضی از ^IC ها به گونه ای از لایه های سیلیکون بهره می برند که می توانند حتی به عنوان حافظه مورد استفاده قرار گیرند. نمونه ای از این ^IC ها ^EPROM نام دارد.

همان گونه که از اسم این نوع تراشه معلوم است فقط اطلاعات آن قابل خواندن است و امکان تغییرات در آن وجود ندارد. از این نوع ^IC برای مدارات اصلی کامپیوتر نیز استفاده می شود؛ همان قسمت از حافظه که به آن ^ROM نیز می گویند   .

تکنولوژی ساخت IC ها :

۱ – تکنولوژی RDL :در این تکنولوژی از مقاومت و دیود به عنوان عناصر اصلی استفاده می شود  .

۲-تکنولوژی RTL  : در این تکنولوژی از مقاومت وترانزیستور استفاده می شود  .

۳-تکنولوژی ^DTL : در این تکنولوژی از دیود و ترانزیستور استفاده می شود  .

۴-تکنولوژی ^TTL  : دراین تکنولوژی از ترانزیستور استفاده می شود  .

۵-تکنولوژی^MOS  :در این تکنولوژی از ترانزیستورهای ^MOSFETاستفاده می شود  .

۶-تکنولوژی CMOS: دراین تکنولوژی از ترانزیستورهای  ^Mosfetافزایشی استفاده می شود  .

متداول ترین تکنولوژی برای ساخت ^IC ها تکنولوژی ^TTL و ^CMOS است .مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای ^BJT(دو قطبی) باشند را با نام ^TTL و مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای ^Nmos و Pmos هستند را ^Cmos می نامند .ترکیب این دو تکنولوژی را با نام ^BiCmos می شناسند  .

مزایای استفاده از IC ها 

۱-قیمت بسیار پایین

۲-قابلیت اطمینان

۳-اندازه کوچک

۴-عملکرد بهتر

در سیستم های الکترونیکی دونوع ^IC به کار می رود:

الف- ^IC های آنالوگ که با سیگنال های پیوسته عمل می کند.این ^IC ها در مدارات مقایسه کننده، مبدل های ولتاژ به جریان، چند برابر کننده ها، فیلترها و… به کار می روند.

ب- ^IC های دیجیتال یا منطقی که با سیگنال های منطقی کارمی کند، این سیگنال ها دارای دو حالت بالا و پایین هستند. این ^IC ها در مدارات محاسبات ریاضی در حافظه ها  وشمارش گرها به کار می روند  .

در این مطلب به بررسی المان ها و مبانی اولیه ایسیو پرداختیم. در صورتی که قصد دارید به صورت حرفه ای تعمیرات ایسیو را فرا بگیرید، توصیه می کنیم در دوره های آموزش تعمیرات ecu  خودرو آموزشگاه فنون برق ثبت نام کرده و در مدت زمان کوتاهی به یک تعمیرکار حرفه ای ایسیو تبدیل شوید.