مجموعه آموزش‌ مهندسی الکترونیک

درس مدارهای الکتریکی ۱ یکی از درس های پایه ای تمام گرایش های مهندسی برق می باشد و در این درس دانشجویان برای اولین بار با فضای کاری مهندسی برق برخورد خواهند کرد. بنابراین این درس شامل تحلیل مدارهای الکتریکی ساده شامل مقاومت ها، خازن ها، سلف ها، ترانسفورماتورها و تقویت کننده های عملیاتی است. توانایی درک نحوه کار ادوات پایه مذکور پیش نیاز اساسی برای سایر دروس مهندسی برق از جمله دروس گرایش الکترونیک مانند الکترونیک ۱ و ۲ است.

در این آموزش، به راه اندازی میکروکنترلر ARM ساخت شرکت ST، سری F1 پرداخته شده است و بخش های اساسی میکروکنترلر توسط نرم افزار STM32CubeMX ،KEIL و توابع HAL راه اندازی و بررسی و در انتهای هر بخش یک پروژه عملی جهت تفهیم موضوع انجام شده است. برای مثال راه اندازی ماژول SIM800 و ارسال و دریافت و تحلیل SMS در بخش UART.

نرم افزار پروتئوس یک نرم‌ افزار جامع برای شبیه سازی مدارات الکترونیکی محسوب می شود. این نرم افزار به دلیل داشتن یک محیط کاملا گرافیکی، یک نرم افزار ساده و در عین حال قدرتمند می باشد. دانشجویان رشته مهندسی برق و حتی رشته های مهندسی رباتیک و مهندسی کامپیوتر گرایش سخت افزار باید حداقل در یک نرم افزار شبیه سازی مدارات الکترونیکی کاملا مسلط باشند و یکی از راحت ترین و مناسب ترین نرم افزارهای شبیه سازی، نرم افزار پروتئوس است. این نرم افزار قادر به شبیه سازی مدارات مبتنی بر میکروکنترلرها و میکروپروسسورها نیز است. در نرم افزار پروتئوس امکان ترسیم PCB مدار طراحی شده نیز به راحتی وجود دارد.

درس مدارهای الکتریکی، یکی از مهم ترین و اصلی ترین دروس مورد بحث در مقطع کارشناسی رشته مهندسی برق و رشته های وابسته است و حتی به جرات می توان گفت که این درس، مهم ترین درس این رشته های تحصیلی است. توانایی تحلیل یک مدار الکتریکی، مهارتی است که در تشکیل تفکر مهندسی در یک مهندس برق یا کامپیوتر، نقش بسیار زیادی دارد و در بسیاری از مواقع، عملا توانایی درک عملکرد یک سیستم، نهایتا به صورت حل یک مساله تحلیلی از مدارهای الکتریکی، قابل توصیف است.

الکترونیک، علم مطالعه عبور جریان الکتریکی و اثرات عبور جریان از مدارات الکتریکی است. درس الکترونیک ۱ یکی از پایه ای ترین و جذاب ترین دروس مهندسی برق است. در این درس دانشجویان با دنیای شیرین و لذت بخش مدارات الکترونیک و تحلیل و طراحی آن ها آشنا خواهند شد. در این مجموعه آموزشی به آموزش درس الکترونیک ۱ می پردازیم و سعی خواهیم کرد با مثال های ساده و بیانی ساده و شیوا، مفاهیم پایه ای و بنیادی الکترونیک ۱ را آموزش دهیم.

در طول این فرادرس شما یاد می گیرید چگونه با نرم افزار Altium Designer کار کنید. Altium Designer یک نرم افزار قوی و حرفه ای است که برای طراحی انواع بردهای الکترونیک، از بردهای ساده گرفته تا مادربردهای (Motherboards) کامپیوتری و سرورها از آن استفاده می شود. Altium Designer یکی از پر استفاده ترین نرم افزارها برای طراحی بردهای الکترونیکی است. یادگیری این نرم افزار برای کسانی که می خواهند در زمینه الکترونیک مشغول به کار شوند ضروری است. اگر شما در الکترونیک مبتدی هستید و تا به حال از نرم افزار Altium Designer استفاده نکرده اید، با انجام دادن مراحل آموزش، قادر خواهید بود برد خود را طراحی کنید.

الکترونیک، علم مطالعه عبور جریان الکتریکی و اثرات عبور جریان از مدارات الکتریکی است. درس الکترونیک ۲ یکی از پایه ای ترین و جذاب ترین دروس مهندسی برق است که در ادامه درس الکترونیک ۱ ارائه می شود. در این فرادرس به آموزش درس الکترونیک ۲ می پردازیم و سعی خواهیم کرد با مثال های ساده و بیانی ساده و شیوا، مفاهیم پایه ای و بنیادی الکترونیک ۲ را آموزش دهیم. لازم به ذکر است که این آموزش در ادامه آموزش الکترونیک ۱ است و لازم است دانشجویان عزیز با مطالب الکترونیک ۱ آشنایی کامل داشته باشند.

آردوینو یک برد کنترلی کوچک است که با برنامه نویسی درست می تواند کارهای بزرگی انجام دهد. از کنترل یک ربات گرفته تا پیاده سازی خانه های هوشمند. در این فرادرس به معرفی این وسیله کاربردی و ارزان قیمت و نحوه برنامه نویسی آن با محوریت ساخت یک ربات (مسیریاب/فاصله یاب) خواهیم پرداخت.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز، با میکروکنترلر AVR و نرم افزار CodevisionAVR آشنا می شوند. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود، آشنایی اولیه با میکروکنترلرهای AVR، کار با نرم افزار CodevisionAVR و … می باشد. توضیح کامل مباحث مربوطه از نقاط قوت این آموزش به شمار می رود.

آردوینو بردهایی هستند که براساس برخی از میکروکنترلرها ساخته شده اند و امکان احساس کنترل فضای بیشتری از دنیای فیزیکی را فراهم می کند. در اصل یک پلتفرم متن باز برای نمونه سازی و انجام پروژه های الکترونیکی به شمار می رود. هدف این فرادرس، آموزش به شکلی است که چه کاربران مبتدی که دانش کافی از برنامه نویسی ندارند و چه برنامه نویسان حرفه ای که با پلتفرم آردوینو آشنایی دارند، به کمک این ماژول امکان ساخت مجموعه های پیچیده را داشته باشند.

در این فرادرس به صورت جامع و پروژه محور، برنامه نویسی برد رزبری پای با استفاده از زبان پایتون آموزش داده شده است، لازم به توضیح است این آموزش در ۳ درس آماده گردیده است که در درس اول، زبان محبوب پایتون به صورت جامع و کاربردی به صورت پروژه محور آموزش داده شده است و درس دوم، راه اندازی برد رزبری پای به صورت صفر تا صد آموزش داده شده است. سرانجام در درس سوم، برنامه نویسی قسمت های مختلف برد رزبری پای با پایتون آموزش داده شده است که برخی از آن ها عبارتند از: برنامه نویسی GPIO ها به صورت جامع، برنامه نویسی واحدهای داخلی رزبری پای، راه اندازی و برنامه نویسی برخی از سنسورها و ماژول های کاربردی مثل ماژول مسافت سنج، سنسورهای کاربردی، راه اندازی انواع موتورها، برنامه نویسی واحد PWM و… .

در این دوره آموزش شما با انواع سیمبل ها، کانکشن ها و المان های مورد نیاز برای نقشه کشی و همچنین قابلیت های هوشمند نرم افزار آشنا خواهید شد و به تدریج تمامی مبانی مورد نیاز برای نقشه کشی و به طور دقیق تر تمامی موارد لازم برای انجام یک پروژه نقشه کشی را خواهید آموخت.

اگر تاکنون تجربه کار عملی با مدارات الکترونیک را نداشته اید، این آموزش را به شما توصیه می کنیم. این آموزش شما را وارد دنیای شگفت انگیز آنالیز و طراحی مدارات الکترونیکی خواهد کرد. در این آموزش سعی شده تمام نکات تئوری و عملی لازم برای ایجاد یک دیدگاه مهندسی نسبت به مدارات و قطعات پایه الکترونیک ارائه شود. ما در این آموزش به اندازه نیاز به مباحث تئوری خواهیم پرداخت و کل مطالب به صورت عملی همراه با شبیه سازی در نرم افزارهای مانند پروتئوس (Proteus) و اورکد (OrCAD) انجام خواهد گرفت.

آردوینو (Arduino) و پایتون (Python) دو ابزار قدرتمند و کابردی در پروژه های صنعتی، پژوهشی و آموزشی هستند. آردوینو به دلیل سهولت برنامه نویسی و در دسترس بودن سخت افزارهای سازگار با آن و پایتون به دلیل جامعه آماری بالای برنامه نویسان و کاربرد گسترده آن، محبوبیت ویژه ای پیدا کرده اند. در این فرادرس، علاوه بر این که مهارت های آردوینو و پایتون خود را به سطح بالاتری ارتقا می دهید، تفاوت زبان های برنامه نویسی آن ها را نیز بهتر درک خواهید کرد و همچنین با نحوه برقراری ارتباط با پورت سریال توسط پایتون، راه اندازی ماژول های مختلف با آردوینو، ایجاد محیط های گرافیکی و واقعیت مجازی با پایتون نیز آشنا خواهید شد.

در این فرادرس نحوه استفاده از برد رزبری پای (Raspberry Pi) آموزش داده شده است. راه اندازی رزبری با استفاده از روش های مختلف بیان گردیده است، انواع ماژول ها و قطعات الکترونیکی مختلف با استفاده از رزبری پای راه اندازی شده است (مانند راه اندازی ماژول دوربین و تاچ LCD) لازم به توضیح است، این فرادرس در قالب ۲ درس به صورت کاملا پروژه محور و از سطح پایه تهیه و تدوین گردیده است و برای یادگیری این آموزش نیاز به پیش نیاز خاصی نمی باشد و برای دوستانی که به مباحث اینترنت اشیا (IOT) و هوشمند سازی علاقه مند هستند، توصیه می گردد این فرادرس را از دست ندهند.

در آموزش الکترونیک ١ (+) به مباحث تئوری تحلیل مدارات الکترونیکی پرداختیم. در این فرادرس به حل مسائل گوناگون از الکترونیک ١ می پردازیم و سعی می کنیم با ارائه مسأله های متنوع از بخش های مختلف الکترونیک نظیر فیزیک الکترونیک، دیودها، ترانزیستورهای دوقطبی، تقویت کننده های یک طبقه و چند طبقه و ترانزیستورهای اثر میدان مطالبی که در آموزش الکترونیک ١، یاد گرفتیم را تمرین کنیم.

امروزه استفاده از بردهایی با اندازه کوچک و قابلیت های فراوان، روز به روز در حال گسترش می باشد که یکی از دلایل آن، سادگی ارتباط این برد با انواع ماژول ها و سنسورهای مختلف می باشد، همچنین به دلیل قیمت ناچیز بردهای مذکور، علاقه مندان بسیار زیادی پیدا کرده است. یکی از معروف ترین و محبوب ترین این بردها، بردهای آردوینو می باشند و بیشترین کاربرد بردهای مذکور، در صنعت روباتیک، هوشمند سازی، اتوماسیون، اینترنت اشیا و طرح های پژوهشی و تحقیقی است.

در این آموزش ویدئویی، سعی خواهیم کرد با مثال ها و بیانی ساده و شیوا مفاهیم پایه ای و بنیادی الکترونیک ٣ را آموزش دهیم. لازم به ذکر است که این آموزش در ادامه مجموعه آموزشی الکترونیک ١ و ٢ از مجموعه آموزشی فرادرس می باشد و لازم است دانشجویان عزیز با مطالب الکترونیک ١ و ٢ آشنایی کامل داشته باشند.

در آموزش الکترونیک ٢ به مباحث تئوری تحلیل مدارات الکترونیکی پرداختیم. در این فرادرس به حل مسائل گوناگون از الکترونیک ٢ می پردازیم و سعی می کنیم با ارائه مسأله های متنوع از بخش های مختلف، نظیر پاسخ فرکانسی تقویت کننده های ترانزیستوری، آینه های جریان، تقویت کننده های توان، تفاضلی، فیدبک، تقویت کننده های عملیاتی ،منابع تغذیه و دیگر مطالبی که در درس الکترونیک ٢ یاد گرفتیم را تمرین کنیم.

آموزش مبانی الکترونیک دیجیتال، شامل: اصول الکترونیک دیجیتال، آی سی های الکترونیک دیجیتال و کاربردهای آن ها است. این فرادرس اغلب مباحث مربوط به الکترونیک دیجیتال را از سطح پایه، مانند آی سی های پایه دیجیتال تا سطح پیشرفته، مانند: ابزار دقیق دیجیتال، آی سی های برنامه پذیر، میکروکنترلرها و میکروپروسسورها (Microprocessor) را شامل می شود. آموزش مبانی الکترونیک دیجیتال علاوه بر این که برای دانشجویان کارشناسی و ارشد مهندسی برق و کامپیوتر مفید است، می تواند به عنوان مرجع مناسبی برای تکنسین ها، محققان و علاقه مندان به حوزه الکترونیک دیجیتال عملی باشد، همچنین برای مشاهده بخش دوم این آموزش می توانید به این لینک (+) مراجعه نمایید.

دانستن مبانی الکترونیک دیجیتال برای درک اصول کار و طراحی دسته وسیعی از کاربردهای الکترونیک، ضروری است. برای مثال برای فهمیدن نحوه کار کامپیوترها که اغلب همه ما به آن دسترسی داریم و یا برای فهمیدن اصول کار سیستم های مخابراتی، به مبانی الکترونیک دیجیتال نیاز داریم. با گذشت زمان، شاهد کوچک تر و توانمندتر شدن ادوات الکترونیکی هستیم، بنابراین دانشجویان و مهندسان، ملزم به یادگیری کامل اصول کار ادوات الکترونیک دیجیتال و نحوه استفاده از آن ها در پروژه های کاربردی هستند. دانستن مبانی الکترونیک دیجیتال، دانشجویان را قادر می سازد که ابزارهای لازم برای طراحی های دیجیتال خود را به راحتی انتخاب کنند، همچنین برای مشاهده بخش اول این آموزش می توانید به این لینک (+) مراجعه نمایید.

درس الکترونیک یکی از دروس مهم در کنکور کارشناسی ارشد مهندسی برق به خصوص در گرایش های مهندسی الکترونیک و مخابرات است. با مطالعه سوالات کنکورهای ارشد و دکتری در سال های اخیر می توان به این نکته پی برد که سوالات، کاملا مفهومی شده اند و داوطلبین کنکور باید از قبل آمادگی لازم برای حل سوالات مفهومی الکترونیک را داشته باشند. با مطالعه این فرادرس، داوطلبین کنکور ارشد و دکتری مهندسی برق، قادر خواهند بود سوالات الکترونیک را به راحتی حل کنند. لازم به ذکر است که درس های آموزش، مشابه آموزش الکترونیک ۲ است که قبلا در فرادرس منتشر شده است، اما تفاوت در شیوه آموزش است یعنی در این آموزش با این فرض که مخاطب با آموزش الکترونیک آشنایی دارد، توضیحات و نکات تستی بیان شده و تمرینات هم شامل سوالات تستی کنکورهای ارشد هستند.

در این فرادرس که مکمل آموزش کاربردی برد رزبری پای (Raspberry Pi) می باشد، برنامه نویسی برد رزبری پای با استفاده از چهار زبان برنامه نویسی معروف، آموزش داده شده است. اولین زبان برنامه نویسی، زبان اسکریپت نویسی می باشد که با استفاده از پوسته های مختلف خط فرمان (ترمینال) می توانیم برنامه های مورد نظر را ایجاد نماییم که اصطلاحا (Bash Programming) نامیده می شود. مزیت اصلی برنامه نویسی بش، سرعت اجرای بالای آن است و علاوه بر آن می توان از تمام دستورات و فرامین خط فرمان برای برنامه نویسی استفاده کرد که باعث افزایش قدرت برنامه نویسی می شود.

امروزه علم الکترونیک را می توان در ترانزیستورها و پیوندهای PN خلاصه کرد. دلیل اهمیت این قطعات توانایی است که آن ها به بشر دادند تا بتوانند ریاضیات و کاربردهای آن را به صورت سخت افزاری پیاده سازی کنند. در این فرادرس سعی شده است که آموزشی در رابطه با قطعات الکترونیکی و نحوه عملکرد آن ها با در نظر گرفتن فیزیک حاکم بر این قطعات، ارائه شود و در نهایت علاوه بر نحوه عملکرد قطعات نیمه هادی، کاربردهای فراوان آن ها در تمام شاخه های مهندسی برق مورد بررسی قرار می گیرد.

نرم افزار Silvaco یکی از نرم افزارهای حوزه شبیه سازی نیمه هادی است که توانایی شبیه سازی فرایند ساخت ادوات نیمه هادی (اکسیداسیون، نفوذ، کاشت یونی، زدایش، لایه نشانی و لیتوگرافی و …) و هم چنین شبیه سازی ادوات نیمه هادی شامل MOSFET ها، HEMT، سلول خورشیدی، ادوات اپتوالکتریک، نمایشگرهای ارگانیکی، کوانتومی، لیزرهای نیمه هادی و … دارا است.

هدف از این آموزش، آشنایی فراگیران با مقدمه ای بر ساخت ادوات نیمه هادی است. در این آموزش سعی شده است تمامی مفاهیم به صورت کامل آموزش داده شوند و لذا پس از گذراندن این آموزش، دانشجویان و دانش پژوهان به صورت کامل با فرایندهای ساخت ادوات نیمه هادی آشنا می شوند. درس تئوری و فناوری ساخت ادوات نیمه هادی یکی از دروس اصلی در کارشناسی ارشد و دکتری برای رشته های الکترونیک، فیزیک و… است. در همین راستا در این آموزش سعی شده است تمامی فرآیندهای ساخت ادوات نیمه هادی اعم از: لایه نشانی، اکسیداسیون، فوتولیتوگرافی، زدایش، نفوذ و کاشت یون به صورت کامل آموزش داده شود. در این آموزش در درس آخر با توجه به آموزه های درس های قبلی، فرایند ساخت ترانزیستور MOS کامل شرح داده می شود.

در این فرادرس سعی شده است که با استفاده از مفاهیم ارائه شده در فیزیک الکترونیک - بخش اول، نحوه عملکرد دیوایس های الکترونیکی و نحوه ساخت آن ها مورد بررسی قرار بگیرد. در این درس نیز مانند درس فیزیک الکترونیک مقدماتی، رویکردی مفهومی در نظر گرفته شده است تا دانشجو بتواند ضمن درک فیزیک حاکم بر دیوایس، معادلات را استخراج نماید. فراگیری این درس مهارت دانشجویان در طراحی مدارات و سیستم های الکترونیکی و مخابراتی را تا حد قابل ملاحظه ای بالا می برد، چرا که به صورت کامل بر عملکرد این سیستم ها احاطه پیدا می کنند. امروزه علم الکترونیک را می توان در ترانزیستورها و پیوندهای PN خلاصه کرد.

در آموزش الکترونیک ۳ (+) که قبلا در فرادرس منتشر شده است، به صورت کامل و تئوری مباحث مرتبط با الکترونیک، بررسی شد. هدف از آموزش الکترونیک ۳ در این فرادرس، حل مساله های متنوع است. این آموزش برای تمام دانشجویانی که به دنبال کسب نمره خوب از این درس در مقطع کارشناسی مهندسی برق هستند، توصیه می شود. درس الکترونیک ۳ در ادامه درس الکترونیک ۱ و ۲ ارائه می شود و در این درس به مباحث تکمیلی تحلیل مدارات الکترونیک از قبیل: مشخصات فرکانسی تقویت کننده ها، جبران فرکانسی، اسیلاتورها و تقویت کننده های عملیاتی نیز پرداخته می شود.

QCA، یک فناوری جایگزین است که روش نوینی برای محاسبه در سطح نانو ارائه می دهد. مدارهای کنونی که تحت فناوری CMOS ساخته می شوند، مساحت اشغالی زیاد و توان مصرفی بالاتری را نسبت به مدارهای تحت فناوری QCA دارند و به همین دلیل است که فناوری QCA با در نظر گرفتن موارد بیان شده، تحول بزرگی در حوزه مهندسی برق، کامپیوتر و نانوالکترونیک محسوب می شود. در این فرادرس تلاش شده است تا نکات با اهمیت جهت معرفی این فناوری و استفاده از نرم افزار آن با ذکر مثال های متعدد به دانشجو منتقل گردد. از آنجا که اطلاعات مناسب و کاملی از این فناوری به زبان فارسی قابل دستیابی نیست، می توان این آموزش را یکی کامل ترین آموزش های در دسترس به زبان فارسی دانست.

شاید تاکنون ایجاد نویز در نمایشگرها یا بلندگوها توسط دستگاه های دیگر، مانند تلفن همراه را بسیار تجربه کرده باشیم، به طور کلی یک سیگنال که به صورت ناخواسته وارد محیط می شود را نویز می نامند و می تواند به تداخل یک سیگنال با سیگنال اطلاعات اشاره کند که مانع درک سیگنال مورد نظر می شود. نویز می تواند به صورت نویز صوتی، حرارتی، الکتریکی و… باشد که نویز الکتریکی خود شامل انواع مختلفی است که در این فرادرس به آن پرداخته خواهد شد. در صنعت برق، نویز الکتریکی عامل بسیاری از تداخل ها و مشکلات در عملکرد مناسب سیستم ها است که نیازمند شناسایی صحیح و مقابله با تاثیرگذاری آن است. در این فرادرس، به بررسی نویز (EMI (Electromagnetic interference، منابع تولید آن، روش های مقابله با نویز و نیز سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) مدارات الکترونیک قدرت پرداخته خواهد شد.

در این فرادرس در ابتدا مقدمه ای برای آشنایی با مدارات مجتمع دیجیتال ارائه می کنیم و در ادامه، درباره فیزیک الکترونیک و پیوند PN و دیودها بحث می کنیم. سپس وارد بحث معرفی ترانزیستورها شده و پس از آن به تکمیل مباحث پایه ای با روش های طراحی مدارات منطقی و مجتمع دیجیتال می پردازیم و در نهایت، مدارات ترکیبی در منطق CMOS و طراحی و چینش مدارات مجتمع را نیز مورد بحث و بررسی قرار می دهیم.