آشنایی با المان های ایسیو(ECU) و مبانی آن

از آن جا كه ایسیو يك دستگاه كاملا الكترونيكي مي باشد، تحليل و بررسي آن بدون شناخت اوليه از المان هاي الكترونيكي ميسر نيست. بنابراين در اين مقاله سعي  شده تا مقدمه اي از علم الكترونيك معرفي 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)

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

نيمه رساناها( ^{Semi-Conductors}) عناصري هستند كه در لايه آخر خود داراي 4 الكترون هستند و از نظر هدايت ما بين فلزات وعايق ها هستند دو عنصر نيمه هادي كه داراي بيشترين كاربرد هستند ، سلسيم و ژرمانيم هستند.

اين عناصر در حالت معمولي داراي مقاومت بالايي هستند و تعداد الكترون ها و پروتون هاي اتم آن ها با يكديگر برابر مي باشد، اما مي توان با تزريق ناخالصي به اتم توازن بين الكترون ها و پروتون ها را بر هم زده و توسط اين مقاومت نيمه رسانا را كم كرده و آنها را به يك رسانا تبديل كرد. ناخالصي بر دو نوع              مي باشد : ناخالصي نوع ^N و ناخالصي نوع ^P.

نيمه رساناي نوع ^N

در نوع ^N اتم 5 ظرفيتي (مانند آرسنيك ^AS) به نيمه هادي تزريق مي شود .در اين حالت توازن بين الكترون ها و پروتون ها از بين مي رود و به دليل اينكه اتم 5 ظرفيتي و 4 ظرفيتي  با هم پيوند زده مي شوند ، الكترون آزاد ايجاد مي شود

نيمه رساناي نوع ^p

در نوع ^P اتم 3 ظرفيتي ( مانند آلومينيم ^AL) به نيمه هادي تزريق مي شود. در اين حالت هم توازن بين الكترون ها و پروتون ها از بين مي رود و به دليل اينكه اتم 3 ظرفيتي و 4 ظرفيتي با هم پيوند زده ميشوند، يك الكترون كم مي باشد و به اصطلاح حفره ( جاي خالي الكترون) ايجاد مي شود.

جاري شدن جريان در نيمه رسانا   

جريان در نيمه رسانا به دو دليل ايجاد مي شود:

• جريان ناشي از تفاوت غلظت حامل ها در قسمت هاي مختلف نيمه رسانا ( جريان انتشاري )
• جريان ناشي از اعمال ولتاژ به دو سر نيمه رسانا ( جريان انتقالي)

نيمه رساناها را در درون دستگاه هاي گوناگوني يافت مي شوند. اساس ساخت پـردازشگر ها و ريز پردازنده ها و تمام دستگاه هايي كه به نحوي اطلاعات و عملياتي را پردازش مي كنند، نيمه رساناست.

در خودرو بـا تـوجه به پيشرفت در قسمت برق آن بيشتر قطعات مكانيكي خودرو جاي خود را به قطعات الكتريكي داده اند.و اين امر موجب كاهش وزن و افزايش راندمان در خودرو شده است. اين كارها به وسيله نيمه رساناها امكان پذيرفته است.

نيمه رسانـا درساده تـرين شكل خـود يك ديود(^Diode) است و درشكل هاي پيچيده تر ترانزيستور و مدارمجتمع و…. مي باشد. ديودها داراي اشكال متفاوت و كاربردهاي متفـاوتی مي باشند .

ديود ایسیو 

از اتصال دولايه ^p و ⁿ ديود درست مي شود. هنگامي كه اين دو نيمه هادي به هم اتصال داده شوند، به علت مخالف بودن بار، همديگر را جذب مي كنند و الكترون هاي آزاد جذب حفره ها مي شوند.

اين عمل جذب فقط در محل پيوند صورت مي گيرد كه دو نيمه هادي در تماس با يكديگر هستند. اين عمل باعث مي شود تا بين دو نيمه هادي يك لايه خنثي كه عايق مي باشد ايجاد شود و از عبور و تركيب ديگر الكترون و حفره ها با يكديگر جلوگيري شود. به اين قسمت، ناحيه تهي، تخليه يا سد گفته مي شود.

اتم هاي يونيزه شده، ايجاد سد پتانسيل مي كنند كه براي نيمه هادي ژرمانيومي حدود 2.0 ولت است و براي نيمه هادي سيلسيمي حدود 6.0 ولت است. به علت وجود جاذبه بين بارهاي مثبت و منفي در دو طرف ناحيه سد ، بارها به صورت مرتب شده قرار گرفته اند.

كريستال نيمه هادي نوع ^p داراي بار الكتريكي مثبت و كريستال نيمه هادي ⁿ داراي بار الكتريكي منفي مي باشد .

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

عمل ديود ایسیو در مقابل ولتاژخارجي

وصل كردن ولتاژ به ديود را باياس كردن ديود مي گويند .

• باياس مستقيم:

اگـر قسمت ^P ديود به قطب مثبت باطري و N ديود به قطب منفي باطري متصل شود، بارهاي همنام  مثبت باطري و^P ديود يكديگر را دفـع نموده و درنتيجه سد پتانسيل كوچك شده و جريان اصلي باطري توسط ديود هدايت مي شود.

• باياس معكوس:

اگر^P ديود را به قطب منفي باطري و ^N ديود را به قطب مثبت باطري وصل كنيم بـارهاي مثبت  ^P توسط بـارهاي منفي باطري جـذب شـده (دو بـار همنام يكديگر را جذب مي كنند) و بـارهاي منفي ديود تـوسط بـارهاي مثبت باطري جـذب مي شود بنابراين سد پتانسيل ديود پهن تر شده و اجازه عبور جريان را نمي دهد.

عمل يكسوسازي ديود ایسیو

مهم ترين وظيفه ديود عمل يكسوسازي جريان متناوب است. يك ديود نمي تواند تمام جـريان را يكسو نمايد وفقط نيم پريود را عبور مي دهد.

انواع ديود های ایسیو   

ديود ها علاوه بر متفاوت بودن جنس و تكنولوژي ساخت آنها ، داراي انواع مختلفي هستند كه داراي عملكرد هاي خاص خودمي باشند.

• ديود اتصال نقطه اي
• ديود زنر
• ديود نور دهنده ^LED
• ديود خازني ( واراكتور )
• فتو ديود
• ديود مادون قرمز
• ديود قدرت
• ديود تونلي

ترانزيستور ایسیو  

ترانزيستورها يكي از قطعات اساسي در الكترونيك هستند. ترانزيستور ها سوئيچ هايي هستند كه براي خاموش و روشن كردن به كار مي روند. اين قطعه از سه لايه نيمه رساناي نوع ^P و^N كه در كنار هم قرار مي گيرند، تشكيل شده است.

اين لايه ها ي نيمه هادي به دو صورت كنار هم چيده ميشود.

ترانزيستور^NPN (تيپ منفي)

ترانزيستور^PNP  (تيپ مثبت)

ترانزيستور از 3 پايه تشكيل مي شود به نام هاي اميتر (منتشر كننده) ، بيس ( پايه)  كلكتور (جمع كننده)، نام گذاري شده است. نيمه هادي كه اميتر را تشكيل مي دهد، نسبت به دو لايه بيس و كلكتور ناخالصي بيشتري دارد و لايه بيس نسبت به كلكتور و اميتر ناخالصي كمتري دارد.

ترانزيستور عنصرفعال كليدي در الكترونيك مدرن است. اگرچه ميليون ها ترانزيستور هنوز تكي (به صورت جداگانه) استفـاده مي شوند ولي اكثـريت آن ها به صورت مـدارمجتـمع (اغلب بـه صورت ^IC و همچنين ميكرو چيپ يـا بـه صورت سـاده چيپ ناميده مي شوند) همـراه بـا ديـودهـا، مقـاومت ها، خـازن ها و ديگـر قطعات الكترونيكي براي ساخت يك مـدار كامل الكترونيك ساخته مي شوند. مـدارات ترانزيستوري به خوبي جايگزين دستگاه هاي كنترل ادوات و ماشين ها شده اند.

حتما بخوانید: تستر ایسیو چیست؟

طرزعمل ترانزيستور ایسیو  

اگر مدار اميتر – پايه  ترانزيستور(E-B) را به يك باطري ضعيف ( دو ولتي ) در جهت موافق متصل كنيم، سـد پتانسيل بين اميتر- بايس كوچك شده و جريـان از پـايه ترانزيستور عبورمي كند، درهمين حال اگر يك باطري قوي تررا بين پايه و كلكتـور درجهت مخالف ببنديم سد پتانسيل بين لايه كلكتور- بايس افزايش      مي يابد .

براي آنكه جريان باطري قوي تر از مدار عبور كند بايد ترانزيستوررا با مشخصات زير ساخت :

• ضخامت لايه بايد خيلي كوچك ساخته شود.
• نا خالصي لايه وسط را نسبت به لايه هاي اميتر و كلكتور كمتر نمود.
• باطري يا منبع تغذيه كننده دوم قوي تر از منبعي باشد كه جريان پايه را برقرار مي كند.

به كمك پتانسيل باطري ها سد پتانسيل بين لايه اميتر- بايس كوچك شده ،تعدادي الكترون از سـد عبور كرده، وارد اميتر مي شوند و جريان لازم در پايه برقرار مي گردد؛ ولي چون ناخالصي قسمت وسط كم است، تعداد زيادي از الكترون هاي قسمت وسط بـه علت نـازكي آن از لايه وسط به كلكتـور رفتـه و جذب حفـره هاي ^P كلكتور مي شوند و بـاعث مي گردد كه باطري قـوي تر جريان لازم را از ترانزيستور عبور دهد.

كاربرد ترانزيستور   

ترانزيستور داراي 3 ناحيه كاري مي باشد.ناحيه قطع ، ناحيه فعال(كاري يا خطي) و ناحيه اشباع.  ناحيه قطع حالتي است كه تـرانزيستوردر آن ناحيه فعاليت خاصي انجام نمي دهد.اگر ولتاژ بيس را افزايش دهيم ترانزيستور از حـالت قطع بيرون آمده و به ناحيه فعـال وارد مي شود.

در حـالت فعال ترانزيستور مثل يك عنصر تقريباً خطي عمل مي كند اگر ولتاژ بيس را همچنان افزايش دهيم به ناحيه اي مي رسيم كه با افزايش جريان ورودي در بيس ديگر شاهد افزايش جريان بيـن كلكتور و اميتر نخواهيم بود؛ به اين حالت اشباع مي گويند و اگر جريان ورودي به بيس زيـاد تر شود امكان سوختـن تـرانزيستور وجود دارد.

تـرانزيستورهم در مـدارات الكترونيك آنالوگ وهم درمدارات الكترونيك ديجيتـال كاربردهاي بسيار وسيعي دارد. درمدارات آنالوگ تـرانزيستور در حـالت فعـال كار مي كند و مي توان از آن به عنوان تقويت كننده يا تنظيم كننده ولتاژ و … استفـاده كرد و در مـدارات ديجيتـال تـرانزيستور در دو نـاحيه قطع و اشباع فعاليت      مي كند كه مي توان از اين حالت ترانزيستور در پياده سازي مدار منطقي، حافظه، سوئيچ كردن و … استفاده كرد .

به جرأت مي توان گفت كه ترانزيستور قلب تپنده الكترونيك است. ترانزيستورازديدگاه مداري يك عنصر سه پايه ميباشد كه بـا اعمال يك سيگنال به يكي از پايه هاي آن، ميـزان جريـان عبـور كننده از دو پـايه ديگر آن را مي تـوان تـنظيـم كرد.

بـراي عملكرد صحيح ترانزيستور در مدار بايد توسط الما نهاي ديگر مانند مقاوم تها ،جريان ها و ولتاژهاي لازم را براي آن فراهم كرد و يا اصطلاحاً آن را باياس كرد  .

انواع ترانزيستور ایسیو  

دو دسته مهم از ترانزيستورها ^BJT  (ترانزيستور دوقطبي پيوندي) و ^FET  (ترانزيستور اثـر ميدان) هستند.

تـرانزيستورهاي اثـرميدان يا  ^FETها نيز خود به دو دسته تـرانزيستـور اثـر ميـدان پيوندي (^JFET)  و  MOSFET هـا تقسيم مي شوند.

مقاومت ایسیو 

به هر قطعه يا عنصري كه در مقابل عبور جريان الكتريكي از خود مخالفت نشان مي دهد، مقاومت الكتريكي گفته مي شود . مقاومت الكتريكي را با حرف  Rكه از كلمه Resistor گرفته شده است نشان مي دهند. واحد اندازه گيري مقاومت الكتريكي اهم است كه آن را با علامت Ω نشان مي دهند. مقاومت ها در صنايع برق و الكترونيك از اهميت بالايي برخوردارند و بيشتر به منظور محدود كردن جريان و تقسيم جريان و نيز ايجاد ولتاژهاي مختلف در مدارات به كار گرفته مي شود.

ایسیو زیمنس

انواع مقاومت هاي الكتريكي :

مقاومت هاي الكتريكي به دو دسته كلي مقاومت هاي ثابت و مقاومت هاي متغير تقسيم مي شوند . مقاومت هاي ثابت مقاومت هايي هستند كه مقدار اهمي آنها همواره ثابت است و مقاومت هاي متغير مقاومت هايي هستد كه مقدار اهم آنها قابل تغيير است. مقاومت هاي ثابت خود به سه دسته تقسيم مي شوند كه اين سه دسته عبارتند از:

• مقاومت هاي كربني ( تركيبي)
• مقاومت هاي سيمي ( سيم پيچي شده )
• مقاومت هاي لايه اي

مقاومت هاي متغير نيز خود به دو دسته كلي مقاومت هاي قابل تنظيم و مقاومت هاي وابسته تقسيم مي شوند .

مقاومت هاي متغير قابل تنظيم عبارتند از:

• پتانسيومتر
• رئوستا

خازن ایسیو 

خازن ها انرژي الكتريكي را در خود ذخيره مي كنند و به همراه مقاومت ها، در مدارات تايمينگ استفاده مي شوند. همچنين از خازن ها براي صاف كردن سطح تغييرات ولتاژ مستقيم استفاده مي شود . خازن ها بعنوان فيلتر هم در مدارات كاربرد دارند. زيرا خازن ها به راحتي سيگنال هاي غير مستقيم ^AC را عبور مي دهند ولي مانع عبور سيگنال هاي مستقيم ^DC  مي شوند.

ساختمان داخلي خازن از دو قسمت اصلي تشكيل می يشود:

الف – صفحات هادي

ب – عايق بين هادي ها (دي الكتريك)

ساختمان خازن 

هرگاه دو هادي در مقابل هم قرار گرفته و در بين آن ها قرار داده شود، تشكيل خازن مي دهند. معمولا صفحات هادي خازن از جنس آلومينيوم ، روي و نقره با سطح نسبتا زياد بوده و در بين آنها عايقي (دي الكتريك) از جنس هوا ، كاغذ ، ميكا ، پلاستيك ، سراميك ، اكسيد آلومينيوم و اكسيد تانتاليوم استفاده         می شود .

انواع خازن 

الف -خازن هاي ثابت

• سراميكي
• خازن هاي ورق هاي
• خازن هاي ميكا
• خازنه اي الكتروليتي o آلومينيومي  o تانتاليوم

ب -خازن هاي متغير

• واريابل
• تريمر

انواع خازن بر اساس شكل ظاهري آن ها

1. مسطح
2. كروي
3. استوانه اي

انواع خازن بر اساس دي الكتريك آن ها

1. خازن كاغذي
2. خازن الكترونيكي
3. خازن سراميكي
4. خازن متغيير

ظرفيت خازنC: نسبت مقدار باري كه روي صفحات انباشته مي شود بر اختلاف پتانسيل دو سر باطري را ظرفيت خازن گويند؛ كه مقداري ثابت است.

آي سي (IC) ایسیو

(IC (integrated circuit به معني مدار مجتمع و به مجموعه اي از مدارهاي الكترونيكي اطلاق مي گردد كه با استفاده از مواد نيمه رسانا( عموماً سيليكون همراه با ميزان كنترل شده اي ناخالصي) در ابعادي كوچك ساخته مي شود.

اين مداراها معمولاً شامل دو يا سه نوع دستگاه الكترونيكي  ميباشند: مقاومت، خازن و ترانزيستور (مهم ترين آن ها ترانزيستور مي باشد).

هر تراشه معمولاً حاوي تعداد بسيار زيادي ترانزيستور مي باشد كه با استفاده از فناوري پيچيده اي در داخل يك لايه از سيليكن همگون و با ضخامتي يكنواخت و بدون ترك تزريق شده اند.

پيش از اختراع ^IC ،مدارهاي الكترونيكي ازتعداد زيادي قطعه يا المان الكتريكي تشكيل مي شدند.

اين مدارات فضاي زيادي را اشغال مي كردند و توان الكتريكي بالايي نيز مصرف مي كردند و اين، امكان به وجود آمدن نقص و عيب در مدار را افزايش مي داد و همچنين سرعت پاييني هم داشتند.

 ^IC، تعداد زيادي عناصر الكتريكي را كه بيشتر آنها ترانزيستور هستند، در يك فضاي كوچك درون خود جاي داده است و همين پديده است كه باعث شده امروزه دستگاه هاي الكترونيكي كاربرد چشمگيري در همه جا و در همه زمينه ها داشته باشند.

در ساخت  ^ICها طراحان سعي مي كنند تا حد امكان از ترانزيستور استفاده كنند. مثًلاً به جاي خازن ازترانزيستور در باياس معكوس استفاده ميكنند و يا در جايي ديگر كه مقاومت بزرگي نياز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزيستور استفاده ميكنند؛ زيرا در حجمي كه مقاومت ميگيرد ؛ مي توان چند ترانزيستور جاي داد.

بعضي از ^IC ها به گونه اي از لايه هاي سيليكون بهره مي برند كه مي توانند حتي به عنوان حافظه مورد استفاده قرار گيرند. نمونه اي از اين ^IC ها ^EPROM نام دارد.

همان گونه كه از اسم اين نوع تراشه معلوم است فقط اطلاعات آن قابل خواندن است و امكان تغييرات در آن وجود ندارد. از اين نوع ^IC براي مدارات اصلي كامپيوتر نيز استفاده مي شود؛ همان قسمت از حافظه كه به آن ^ROM نيز مي گويند   .

تكنولوژي ساخت IC ها :

1 – تكنولوژي RDL :در اين تكنولوژي از مقاومت و ديود به عنوان عناصر اصلي استفاده مي شود  .

2-تكنولوژي RTL  : در اين تكنولوژي از مقاومت وترانزيستور استفاده مي شود  .

3-تكنولوژي ^DTL : در اين تكنولوژي از ديود و ترانزيستور استفاده مي شود  .

4-تكنولوژي ^TTL  : دراين تكنولوژي از ترانزيستور استفاده مي شود  .

5-تكنولوژي^MOS  :در اين تكنولوژي از ترانزيستورهاي ^MOSFETاستفاده مي شود  .

6-تكنولوژي CMOS: دراين تكنولوژي از ترانزيستورهاي  ^Mosfetافزايشي استفاده مي شود  .

متداول ترين تكنولوژي براي ساخت ^IC ها تكنولوژي ^TTL و ^CMOS است .مدارات مجتمعي كه شامل ترانزيستورهاي ^BJT(دو قطبي) باشند را با نام ^TTL و مدارات مجتمعي كه شامل ترانزيستورهاي ^Nmos و Pmos هستند را ^Cmos مي نامند .تركيب اين دو تكنولوژي را با نام ^BiCmos مي شناسند  .

مزاياي استفاده از IC ها 

1-قيمت بسيار پايين

2-قابليت اطمينان

3-اندازه كوچك

4-عملكرد بهتر

در سيستم هاي الكترونيكي دونوع ^IC به كار مي رود:

الف- ^IC هاي آنالوگ كه با سيگنال هاي پيوسته عمل مي كند.اين ^IC ها در مدارات مقايسه كننده، مبدل هاي ولتاژ به جريان، چند برابر كننده ها، فيلترها و… به كار مي روند.

ب- ^IC هاي ديجيتال يا منطقي كه با سيگنال هاي منطقي كارمي كند، اين سيگنال ها داراي دو حالت بالا و پايين هستند. اين ^IC ها در مدارات محاسبات رياضي در حافظه ها  وشمارش گرها به كار مي 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.