پاور کامپیوتر زیر ذره‌بین: بررسی ساختار، اجزا و نحوه عملکرد

مقاومت‌ها، ترانزیستورها و دیودها

مقاومت‌ها (Resistors)

مقاومت‌ها پرکاربردترین قطعات الکترونیکی هستند. نقش اصلی آن‌ها محدود کردن جریان الکتریکی در مدار و اطمینان از رسیدن ولتاژ مناسب به هر قطعه است. واحد اندازه‌گیری مقاومت «اهم» (Ω) است. از آنجا که یک اهم مقدار کوچکی محسوب می‌شود، معمولا مقاومت‌ها در مقیاس کیلو اهم kΩ (هزار Ω) یا مگا اهم MΩ (یک میلیون Ω) بیان می‌شوند.

اگر چند مقاومت به صورت سری به هم وصل شوند، مقدار مقاومت کل برابر مجموع آن‌ها خواهد بود:

R_series = R1+R2+R3…

در اتصال سری، جریان یکسانی از همه مقاومت‌ها عبور می‌کند اما ولتاژ در هر مقاومت افت می‌کند.

اگر چند مقاومت به صورت موازی متصل شوند، مقاومت کل کاهش می‌یابد:

R_parallel = 1/(1/R1+1/R2+1/R3…)

در این حالت جریان بین شاخه‌های مختلف تقسیم می‌شود و مقدار جریان در هر شاخه با مقاومت آن نسبت معکوس دارد.

دو قانون مهم که در ارتباط با مقاومت‌ها باید دانست:

• قانون اهم: V = I × R (ولتاژ = جریان × مقاومت)
• قانون ژول: P = V x I = (I x R) x I = I² X R (توان برابر است با حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان، یا جریان به توان 2 در مقاومت)

ترانزیستورها (Transistors)

ترانزیستور یکی از بزرگ‌ترین اختراعات قرن بیستم است. امروزه در تمام دستگاه‌های الکترونیکی، ترانزیستورها به‌طور گسترده به کار می‌روند.

دو نوع اصلی ترانزیستور وجود دارد:

• ترانزیستورهای پیوندی دو قطبی (BJT) شامل انواع NPN و PNP
• ترانزیستورهای اثر میدان (FET) شامل نوع N-Channel و P-Channel

در میان FETها، دو نوع پرکاربرد عبارت‌اند از:

• MOSFET (ترانزیستور اثر میدان نیمه‌رسانای اکسید فلزی)
• JFET (ترانزیستور اثر میدان پیوندی)

یک ترانزیستور سه پایه سورس (Source)، گیت (Gate) و درین (Drain) دارد. برای درک بهتر می‌توان آن را به لوله‌ای تشبیه کرد که آب از سورس (منبع) وارد و از درین (تخلیه) خارج می‌شود و یک گیت (دروازه) جریان آب را کنترل می‌کند. اعمال ولتاژ یا جریان روی گیت، میزان عبور جریان بین سورس و درین را کنترل می‌کند.

در ترانزیستورهای BJT پایه‌ها به نام‌های کلکتور (Collector)، بیس (Base) و امیتر (Emitter) شناخته می‌شوند.

کاربردهای اصلی ترانزیستور:

• تقویت سیگنال‌های ضعیف
• سوئیچینگ (قطع و وصل جریان)

در پاورها، بیشتر از FETهای نوع NPN استفاده می‌شود، به‌ویژه در مدار APFC و بخش سوئیچینگ اصلی. همچنین در طراحی‌های مدرن، از آن‌ها در سمت ثانویه برای یکسوسازی خروجی DC (به جای دیودها) نیز استفاده می‌شود که راندمان را افزایش می‌دهد.

دیودها (Diodes)

دیود را می‌توان به یک شیر یک‌طرفه تشبیه کرد. هنگامی که ولتاژ به آن اعمال شود، اجازه می‌دهد جریان تنها در یک جهت عبور کند. این فرآیند «یکسو‌سازی» نامیده می‌شود. دیود دو سر آند (Anode) و کاتد (Cathode) دارد. جریان از آند به کاتد عبور می‌کند. در حالت هدایت، افت ولتاژ ثابتی روی دیود وجود دارد که معمولا حدود 0.7 ولت است.

هر دیود دو ویژگی مهم دارد:

• حداکثر جریان مستقیم (Forward Current Rating) که نشان می‌دهد چه مقدار جریان می‌تواند از آن عبور کند.
• حداکثر ولتاژ معکوس (Peak Inverse Voltage – PIV) که نشان‌دهنده بیشترین ولتاژ معکوسی است که دیود می‌تواند بدون خرابی تحمل کند.

برای تست یک دیود، کافی است با مولتی‌متر در حالت اندازه‌گیری مقاومت، آن را در دو جهت بررسی کنیم. در یک جهت باید مقاومت کم (هدایت) و در جهت دیگر مقاومت بالا (قطع) داشته باشد.

کاربردهای رایج دیودها:

• تثبیت ولتاژ
• یکسو‌سازی جریان متناوب (Bridge Rectifier)
• مدارهای LED
• حفاظت در برابر ولتاژ اضافی

در پاورها علاوه بر دیودهای معمولی، اغلب از «پل دیودی» (Bridge Rectifier) برای یکسو‌سازی ورودی AC و همچنین از دیودهای «Schottky Barrier Rectifier یا SBR» استفاده می‌شود. دیودهای شاتکی افت ولتاژ کمتری نسبت به دیودهای عادی دارند، به همین دلیل در بخش APFC و گاهی در سمت ثانویه برای یکسوسازی خروجی به کار می‌روند.

با این حال در پاورهای با راندمان بالا، دیودهای شاتکی هم با FETها جایگزین می‌شوند، زیرا FETها اتلاف انرژی کمتری دارند. البته گاهی دیود شاتکی همراه با FET استفاده می‌شود تا به‌جای دیود داخلی FET عمل کرده و راندمان بالاتری ایجاد کند.