آموزش طراحی مدارهای الکترونیکی از پایه تا پیشرفته

یکی از لازمه‌های رشته الکترونیک در آموزش سخت افزار، آموزش طراحی مدار و یادگیری نرم افزارهای طراحی برد الکترونیکی است. دانشجویان این رشته با یادگیری مهارت طراحی مدار، فرصت‌های شغلی بسیار زیادی را به دست خواهید آورند. طراحی برد و مدار فرمان فرایندهای مختلفی دارد که در هر مرحله باید جزئیات را به طور دقیق بررسی نمایید. چرا که وجود خطا در هر مرحله مشکلات زیادی را به دنبال خواهد داشت. در آموزش طراحی مدار الکترونیکی همه این موارد را قدم به قدم یاد می‌گیرید تا برد طراحی شده بدون هیچ مشکلی کار کند.

اما در حالت کلی، مراحل طراحی بردهای الکترونیکی به شکل زیر است.

• برنامه ریزی: قبل از شروع فرایند طراحی، ابتدا باید نیازهای پروژه، اندازه، ابعاد، شمایل، تعداد لایه‌ها و مشخصات فنی به طور کامل مشخص شود. این مرحله اهمیت بسیار زیادی دارد و باید دقت کافی را به خرج دهید.
• ساخت شماتیک و طراحی مدار: در قدم بعدی باید با استفاده از نرم افزارهای مخصوص مثل orCad یا Altium، برد الکترونیکی را طراحی کنید. 
• ساخت مدار: بعد از طراحی مدار، لازم است تجهیزات مورد نیاز را خریداری کرده و آن‌ها را بر روی مدار نصب کنید.
• تست و عیب یابی: در نهایت باید مدار طراحی شده را تست کنید تا هیچ ایرادی نداشته باشد. در صورتی که برد ایرادی نداشت، برای نصب آماده است.

تجهیزات الکترونیکی مورد نیاز برای طراحی مدار

یکی از مهمترین سوالاتی که در آموزش طراحی مدار مطرح می‌شود، تجهیزات مورد نیاز برای پیاده‌سازی مدار است. به همین دلیل در این بخش به معرفی تجهیزات خواهیم پرداخت.

• مقاومت (Resistor): یکی از مهمترین قطعات در طراحی مدار، مقاومت نام دارد. این قطعه یک جسم هادی است که هنگام ورود جریان به مدار، در برابر آن مقاومت می‌کند. مقاومت با واحد اهم اندازه‌گیری می‌شود و آن را با اهم سنج به دست می‌آورند.
• دیود (Diod): این قطعه جریان را به صورت یک طرفه از خود عبور داده و در سمت دیگر دارای مقاومت است. به خاطر این خاصیت دیود به آن دریچه نیز گفته می‌شود.
• ترانزیستور: این قطعه از سه قسمت بیس، امیتر و کلکتور تشکیل شده است. ترانزیستور کاربردهای مختلفی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به قطع و وصل جریان و تقویت ولتاژ اشاره کرد.
• خازن: وظیفه خازن در مدار، تغییر انرژی الکتریکی به میدان الکترواستاتیکی است. بنابراین می‌توان گفت خازن کار ذخیره انرژی را انجام می‌دهد.

علاوه بر قطعات بالا به مواردی همچون لحیم، ابزار تست، پایه، کانکتور و ابزار برش نیز احتیاج خواهید داشت.

برد مدار چاپی چه مزیت‌هایی دارد؟

تا قبل از به وجود آمدن فیبر مدار چاپی pcb، برای ساخت برد الکترونیکی، از سیم‌های مسی برای ارتباط بین قطعات برد استفاده می‌کردند. اما این روش ساخت برد مدار، خرابی‌های زیادی به دنبال دارد و با از بین رفتن عایق سیم، دستگاه از کار می‌افتاد. برای رفع این مشکل، مهندسان، برد مدار چاپی یا همان Printed circuit board را طراحی کردند. این مدل دارای یک برد نارسانا است و پوششی از مس دارد که از آن جای سیم استفاده می‌کنند. از مهمترین مزایای آموزش طراحی مدار چاپی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• افزایش سرعت تولید
• زیبا شدن مدار
• عملکرد بهتر
• به حداقل رسیدن میزان خطا در زمان ساخت مدار منطقی
• عیب‌یابی راحت
• کم حجم شدن مدار

برای ساخت این نوع مدار، بعد از ساخت شماتیک، از نرم افزارهای مخصوصی برای طراحی استفاده می‌کنند که از بهترین آن‌ها می‌توان به پروتئوس (Proteus) و آلتیوم دیزاینر اشاره کرد. بنابراین در صورتی که در رشته الکترونیک در حال تحصیل هستید، آموزش طراحی مدار در این نرم افزارها جزو ضروریات به شمار می‌رود.

نرم افزارهای طراحی مدار

برای طراحی مدارهای الکترونیکی نرم افزارهای مختلفی وجود دارد که در این بخش از آموزش طراحی مدار به معرفی آن‌ها خواهیم پرداخت.

1. Altium designer

آلتیوم دیزاینر نرم افزاری برای طراحی بردهای الکترونیکی است که مهندسان با کمک آن مدارهای الکترونیکی را با هر نوع پیچیدگی، طراحی و شبیه‌سازی می‌کنند. این نرم افزار امکانات مختلفی را به طراحان می‌دهد که از مهمترین آن‌ها می‌توان به طراحی pcb یا مدار اشاره کرد. در میان همه نرم افزارها، Altium کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد.

با شرکت در دوره آموزش طراحی مدارات الکترونیکی یاد می‌گیرید چطور با کمک نرم افزار Altium designer مدل‌های مختلف برد الکترونیکی را از بردهای ساده تا بردهای پیشرفته را طراحی کنید. طراحی شماتیک، تهیه مدل کاغذی از برد، روت کردن برد، ترسیم پلیگون، ایجاد خروجی nc drill و اصول طراحی مدار از جمله سرفصل‌های آموزش طراحی مدار چاپی با نرم افزار Altium designer هستند.

2. Proteus

یکی دیگر از نرم افزارهای طراحی مدار، پروتئوس یا Proteus Design Suite است که از آن برای ایجاد شماتیک، شبیه سازی و طراحی مدارهای pcb استفاده می‌کنند. برخی از ویژگی‌های این برنامه عبارتند از:

• طراحی مسیریابی‌های پیشرفته
• وجود المان‌های اندازه‌گیری واقعی از جمله سیگنال ژنراتور، آمپر متر و اسیلوسکوپ
• قابلیت دیباگ کردن برنامه‌ها و اجرای آن‌ها به صورت خط به خط
• امکان افزودن کتابخانه‌های قدرتمند برای طراحی مدارهای پیچیده

برای آموزش طراحی مدار چاپی در پروتئوس منابع مختلفی وجود دارد که یکی از بهترین آن‌ها شرکت در دوره‌های آموزشی آنلاین یا حضوری است.

3. orCAD

نرم افزار orCAD با داشتن قابلیت‌های ویژه و منحصر به فرد، آموزش طراحی مدار را به کاری ساده و راحت تبدیل کرده است. از جمله قابلیت‌های این برنامه می‌توان به طراحی مدارهای الکترونیکی، رسم شماتیک، شبیه سازی طرح الکترونیکی، طرح Layout و طرح پشت فیبر مدار چاپی اشاره کرد. 

چطور طراحی مدار را یاد بگیریم؟

برای آموزش طراحی مدار منابع مختلفی وجود دارد که در ادامه برخی از آن‌ها را معرفی خواهیم کرد.

1. تحصیل در رشته مهندسی برق: اگر به طراحی مدار و رشته مهندسی برق علاقه دارید، یکی از بهترین راه‌ها تحصیل در این رشته است. در این روش می‌توانید مباحث مربوطه را به صورت اصولی یاد بگیرید. از طرفی، بعد از پایان تحصیلات با دریافت مدرک می‌توانید در شرکت‌های مربوطه استخدام شوید.

2. مطالعه کتاب‌های آموزش طراحی مدار: راه بعدی برای یادگیری طراحی مدار الکترونیکی، مطالعه کتاب‌ها و جزوه‌ها است. در حال حاضر کتاب‌های مختلفی در این زمینه به زبان فارسی و انگلیسی وجود دارد که با یک جستجوی ساده می‌توانید آن‌ها را پیدا کنید.

3. تماشای ویدیوهای آموزشی رایگان: اگر امکان تحصیل در دانشگاه یا مطالعه کتاب‌ را ندارید، با مشاهده ویدیوهای رایگان نیز می‌توانید به یادگیری طراحی مدار بپردازید. البته این ویدیوها مباحث را به طور کامل آموزش نمی‌دهند. اما برای شروع یادگیری گزینه مناسبی هستند.

4. شرکت در دوره‌های آموزشی: یکی از بهترین راه‌های آموزش طراحی مدار، شرکت در دوره‌های حضوری یا آنلاین است. این روش هیچ محدودیت زمانی ندارد و در هر ساعت از شبانه روز می‌توانید مباحث مختلف را یاد بگیرید. این دوره‌ها در بخش‌های مختلفی طراحی مدار را آموزش می‌دهند.

آموزش طراحی مدار چقدر طول می‌کشد؟

طراحی برد الکترونیکی نیز مانند سایر مهارت‌ها، چالش‌های مخصوص به خود را دارد. اینکه چقدر طول می‌کشد تا این مهارت را یاد گرفته و وارد بازار کار شوید، به مدت زمانی که برای یادگیری آن اختصاص می‌دهید بستگی دارد. هر چقدر در این زمینه مطالعه بیشتری داشته باشید و تمرین کنید، سریع‌تر به مفاهیم مسلط خواهید شد. دقت داشته باشید که فقط با شرکت در دوره آموزشی یا تحصیل در دانشگاه به یک طراح مدار حرفه‌ای تبدیل نخواهید شد. بلکه باید در کنار آن‌ها خودتان نیز مباحث مختلفی را یاد بگیرید. با وارد شدن به بازار کار و طراحی مدارهای گوناگون، تبدیل به یک طراح مدار حرفه‌ای خواهید شد. 

در مجموعه مکتب خونه دوره‌های مختلفی برای طراحی مدار و نحوه استفاده از نرم افزارهای طراحی برد را تهیه کرده‌ایم. با کمک دوره‌های مکتب خونه می‌توانید در مدت زمان کوتاهی مباحث مربوطه را یاد بگیرید. در پایان دوره و بعد از دریافت گواهینامه می‌توانید وارد بازار کار شده و به کسب درآمد بپردازید. در صورتی هم در رابطه با مباحث مطرح شده در دوره‌ها نیاز به راهنمایی داشتید، امکان ارسال پیام به صورت مستقیم به اساتید وجود دارد.