أساسيات الوصلات (Connectors)

مقدمة

تُستخدم الوصلات للتوصيل بين الأجزاء المختلفة من الدوائر الكهربية والإلكترونية، وفي الغالب يتم استخدام الوصلات في الأماكن التي نرغب في فصلها وإعادة تركيبها مستقبلاً، مثل: وصلات الطاقة والوصلات الطرفية أو الألواح التي قد تحتاج إلى الاستبدال.

محتويات هذا الدرس

في هذا الدرس سنمر على:

المصطلحات القياسية المستخدمة مع الوصلات.
تقسيم الوصلات إلى فئات مميزة.
الفروقات بين الوصلات المنتمية لكل من هذه الفئات.
توضيح كيفية التفريق بين قطبي الوصلات المستقطبة (polarized connectors).
معرفة أي الوصلات مناسبة للاستخدام مع تطبيقات معينة.

مواضيع مقترحة للقراءة

هذه المفاهيم والدروس هامة لتعرفها قبل البدء في هذا الدرس:

ما هي الدائرة الكهربية (Circuit)؟
الجهد (Voltage)، التيار (Current)، المقاومة (Resistance)، وقانون أوم (Ohm’s Law)
التعامل مع الأسلاك
القطبية (polarity)
كيفية تزويد مشروعك بالطاقة (قريباً)

المصطلحات (terminology) المستخدمة مع الوصلات

قبل البدء في مناقشة التفاصيل حول الوصلات شائعة الاستخدام، دعونا نتعرف على المصطلحات المستخدمة لوصف الوصلات.

الجنس (Gender): يشير جنس الوصلة إلى إذا ما كان يتم إدخال شيء آخر بداخلها (أنثى- female) أم يتم إدخالها بداخل شيء آخر (ذكر- male). لكن أحياناً -لسوء الحظ- قد تبدو الوصلة على أنها أنثى بينما هي في الأصل ذكر؛ في الجزء الخاص بالأمثلة سنوضح بعض الأمثلة على هذه الوصلات وسنذكر سبب حدوث ذلك.

وصلة JST 2.0mm من سلسلة PH. في هذا المثال نرى الوصلة الذكر على اليمين والوصلة الأنثى على اليسار.

القطبية (polarity): معظم الوصلات يمكن أن يتم توصيلها بوضع واحد فقط، وهذه الخاصية يطلق عليها القطبية. ويُطلق على الوصلات التي تحتوي على أي وسيلة لمنع توصيلها بشكل خاطئ وصلات مستقطبة (polarized) أو وصلات مفتاحية (keyed).

القابس المستقطب المستخدم في دول أمريكا الشمالية. نلاحظ نصلي القابس لهما عرض مختلف، وبالتالي لا يمكن توصيله في المقبس إلا بوضع واحد فقط ولا يمكن توصيله بشكل خاطئ.

نقاط الاتصال (contact): نقاط الاتصال هي الجزء الأهم من الوصلة. فهي عبارة عن الأجزاء المعدنية التي يحدث بينها تلامس وبالتالي يحدث اتصال كهربي. كما أنها هي الجزء الذي تحدث به المشاكل؛ فمن الممكن تتسخ نقاط الاتصال أو تصدأ، أو من الممكن أن يحدث تلف للتقنية التي يتم من خلالها الإبقاء على التلامس بين نقاط الاتصال مع مرور الوقت.

نقاط الاتصال ظاهرة بوضوح في إحدى الوصلات.

الفَرجة (pitch): كثير من الوصلات تحتوي على مجموعة من نقاط الاتصال في نمط تكراري. الفرجة الخاصة بالوصلة هي المسافة بين مركز أحد نقاط الاتصال ونقطة الاتصال التالية لها. هذه المعلومة هامة للغاية لأن هناك بعض الوصلات التي تبدو نقاط الاتصال الخاصة بها متشابهة للغاية، ولكنها قد تختلف في الفرجة، وبالتالي يصعب اختيار الوصلة المناسبة للاستخدام بدون معرفة الفرجة الخاصة بها.

الفرجة بين السنون (pins) والرؤوس (headers) في بطاقة أردوينو القياسية تساوي 0.1 بوصة.

دورات التوصيل والفك (دورات التزاوج Mating cycles): للوصلات عمر محدود، وما يسبب تآكل الوصلة هو توصيلها وفكها. في الغالب تحتوي صحف البيانات (datasheets) على عدد دورات التزاوج التي يتألف منها عمر الوصلة، وهذا يختلف من وصلة لأخرى ومن تقنية لأخرى. وصلات USB لها عمر يُقدر بعشرات آلاف دورات التزاوج، بينما وصلات board-to-board المستخدمة في الإلكترونيات الاستهلاكية يكون لها عدد محدود من دورات التزاوج يُقدر بالعشرات. من المهم أن تقوم باختيار الوصلة التي لها عمر مناسب للتطبيق الذي تستخدمها لأجله.

نقاط التوصيل الخاصة بوصلة GS406 المستخدمة في تطبيقات GPS. تُشير صحيفة البيانات الخاصة بالوصلة على أن أقصى عدد تتحمله من دورات التزاوج هو 50 دورة.

التركيب (التثبيت) (mount): هذا المصطلح يمكن يتسبب أحياناً في الخلط بين عدة مفاهيم نظراً لكثرة دلالاته. فمصطلح mount يمكن استخدامه للتعبير عن الشكل الذي تأتي به الوصلة مثل (panel mount أو free-hanging أو board mount)، كما يُستخدم للدلالة على الزاوية التي تصنعها الوصلة مع ملحقاتها (مستقيمة (straight) أو زاوية قائمة (right-angle))، وكذلك يُستخدم للتعبير عن كيفية تثبيت الوصلة ميكانيكياً (باستخدام اللحام (solder) أو التثبيت السطحي (surface mount) أو التثبيت عبر الثقوب (through hole)). وسنناقش هذه المفاهيم باستفاضة في الجزء المخصص بالأمثلة.

مقارنة بين ثلاثة أشكال مختلفة لوصلة واحدة هي (من اليمين لليسار): panel mount، inline cable mount، board mount.

مُخفِّف الإجهاد (strain relief): عندما يتم تثبيت وصلة كهربية على لوحة أو على كابل تكون اماكن الاتصال هشة إلى حد ما، لذلك من المُعتاد أن يتم استخدام مُخفف الإجهاد لتحويل أي قوى مؤثرة على نقاط الاتصال إلى شيء أكثر صلابة وله قدرة على التحمل تفوق قدرة الوصلات الهشة. هذا الجزء كذلك سنتحدث عنه في الجزء الخاص بالأمثلة لاحقاً.

قابس سماعة رأس (headphone) 1/8 بوصة يحتوي على مُخفف إجهاد ذو رقبة ينزلق على الكابل ليمنع انتقال القوى المؤثرة على الكابل إلى الوصلات الكهربية بشكل مباشر.

وصلات USB

وصلات USB تأتي بشكلين مختلفين: مُضيفة (host) وطرفية (peripheral). هناك فروقات بين هذين الشكلين، وهذا ما تعكسه الاختلافات بين الوصلات الموجودة في الكابلات والأجهزة. لكن جميع وصلات USB تشترك في العديد من النقاط:

القطبية (polarization): وصلات USB يمكن توصيلها بطريقة واحدة فقط. من الممكن أن تقوم بدفع وصلة USB بقوة بشكل خاطئ ولكن هذا سيؤدي إلى تلفها.
أربعة نقاط اتصال: جميع وصلات USB تحتوي على أربعة نقاط اتصال على الأقل (بعضها يمكن أن يحتوي على خمسة، ووصلات 0 تحتوي على أكثر من ذلك). نقاط الاتصال هذه مخصصة لـ: واحدة لنقل الطاقة، واحدة تمثل الأرضي (ground)، اثنتان لنقل البيانات بالموجب والسالب (D+ و D-). وجميع وصلات USB مُصممة لنقل تيار بجهد 5V وبشدة تبلغ 500mA.
الغطاء (shielding): جميع وصلات USB يتم تغطيتها بغطاء معدني لا يمثل أي جزء من الدائرة الكهربية التي تشملها الوصلة. وهذا أمر مهم للحفاظ على سلامة الإشارات في البيئات التي تحتوي على ضوضاء كهربية (electrical noise).
اتصال طاقة دقيق: من المهم للغاية أن يتم توصيل نقاط الاتصال الخاصة بالطاقة قبل نقاط الاتصال الخاصة بنقل البيانات لتجنب احتمالية توصيل الطاقة عبر نقاط نقل البيانات مما يؤدي لتلفها. لذلك يتم تصميم جميع وصلات USB مع أخذ ذلك في الاعتبار.
مُخفف إجهاد مُقولب (molded): جميع كابلات USB تحتوي على مخفف إجهاد بلاستيكي مُقولب عند الوصلة لمنع القوى المؤثرة على الكابل من إتلاف نقاط الاتصال الكهربية.

كابل USB مُوضحاً عليه بعض السمات الأساسية لوصلات USB.

وصلات USB-A

وصلة أنثى USB-A هي النوع القياسي للوصلة المضيفة. هذه الوصلة توجد في أجهزة الكمبيوتر ولوحات التوصيل (hubs) أو في أي جهاز مُصمم لكي يتم توصيل الوصلات الطرفية بداخله. كذلك من الممكن أن نجد بعض كابلات الاستطالة تحتوي على وصلة أنثى A على أحد طرفيها ووصلة ذكر A على الطرف الآخر.

منافذ أنثى USB-A الموجودة على جانب أجهزة الكمبيوتر المحمول. الوصلة ذات اللون الأزرق متوافقة مع USB 3.0.

وصلة ذكر USB-A هي النوع القياسي للوصلة الطرفية. معظم كابلات USB تحتوي على وصلة ذكر USB-A في إحدى نهايتيها. والعديد من الأجهزة (مثل لوحات المفاتيح وفأرات الحاسوب) تحتوي على كابل مدمج يحتوي على وصلة ذكر USB-A. من الممكن أيضاً أن تجد وصلات ذكر USB-A يمكن تثبيتها على لوحات مثل بطاقات الذاكرة USBالمتنقلة.

نوعان مختلفان من وصلات ذكر USB-A

وصلات USB-B

وصلة أنثى USB-B هي الوصلة المضيفة القياسية. إنها ضخمة وقوية، لذلك تُعتبر النوع المُفضل للاستخدام كوصلة قابلة للإزالة في التطبيقات التي لا يشكل الحجم فيها مشكلة. عادة ما يتم تثبيت هذه الوصلة عبر الثقوب وعادة ما تكون على شكل board-mount للحصول على أقصى تحمل، ولكن هناك أيضاً وصلات على شكل panel-mount.

بطاقات أردوينو (Arduino) (بما فيها أردوينو أونو (Uno)) يُستخدم فيها منذ زمن وصلة أنثى USB-B بسبب انخفاض كلفتها وقوة تحملها.

وصلة ذكر USB-B هي الوصلة الطرفية القياسية وهي-في الغالب- لا توجد إلا في نهاية الكابلات. كابلات USB-B موجودة في كل مكان وسعرها منخفض، وهذا يساهم بشكل كبير في شعبية الاعتماد على وصلات USB-B.

وصلة ذكر USB-B موجودة في نهاية أحد الكابلات.

وصلات USB-Mini

نتجت تكنولوجيا التوصيل باستخدام USB-Mini كمحاولة أولى لتقليل حجم وصلات USB. بشكل عام توجد أنثى وصلة USB-Mini في الأجهزة الطرفية الصغيرة (مشغلات MP3، الهواتف المحمولة القديمة، المحركات الصلبة الخارجية الصغيرة (external hard drives))، وفي الغالب يتم تثبيتها سطحياً، هذه الوصلات تتغاضى عن بعض القوة في سبيل الحصول على حجم أصغر. يتم التخلص تدريجياً من وصلات USB-Mini نظراً لتفضيل استخدام وصلات USB-Micro.

وصلة أنثى USB-Mini

وصلة ذكر USB-Mini هي أيضاً وصلة مقتصرة على التواجد في أطراف الكابلات. وكما هو الحال في وصلات USB-B، تتواجد الكابلات التي تحتوي على وصلات USB-Mini في كل مكان وبأسعار منخفضة.

وصلة ذكر USB-Mini على طرف أحد الكابلات

وصلات USB-Micro

تعتبر وصلات USB-Micro إضافة حديثة إلى عائلة وصلات USB. كان سبب استخدام هذه الوصلات (كما هو الحال مع USB-Mini) هو السعي لتقليل حجم وصلات USB بشكل أكبر. في هذه الوصلات تم إضافة نقطة اتصال خامسة مُخصصة للإشارات المنخفضة السرعة (low-speed signaling) مما يسمح باستخدامها في تطبيقات USB-OTG (on-the-go)حيث يمكن استخدام الجهاز إما كمضيف أو كجهاز طرفي اعتماداً على الظروف.

وصلة أنثى USB-Micro توجد في كثير من الأجهزة الطرفية الحديثة مثل الكاميرات الرقمية ومشغلات MP3. استخدام تقنية USB-Micro كمنفذ شحن قياسي لجميع الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية الحديثة يعني أن كابلات نقل البيانات والشحن ستصبح متوافرة وشائع بشكل متزايد، وقد حلت وصلات USB-Micro محل USB-Mini نظراً لعامل الحجم الصغير الذي تتمتع به والذي يمنحها الأفضلية.

وصلة أنثى USB-Micro موجودة على لوح أردوينو LilyPad.

وصلة ذكر USB-Micro هي أيضاً وصلة مقتصرة على التواجد في نهاية الكابلات. بوجه عام هناك نوعان من الكابلات التي تحتوي على وصلة ذكر USB-Micro في نهايتها: النوع الأول لتوصيل الأجهزة التي تحتوي على منفذ USB-Micro كجهاز طرفي بجهاز يحتوي على مضيف USB، والنوع الثاني هو للتوصيل بين منفذ أنثى USB-Micro fمنفذ أنثى USB-A، وهو ما يستخدم في الأجهزة الداعمة لتقنية USB-OTG.

وصلة ذكر USB-Micro على طرف أحد الكابلات

كابل Adapter pigtail يُستخدم لتوصيل الأجهزة التي تحتوي على منفذ USB-Micro فقط والتي تدعم USB-OTG بأجهزة USB-A (مثل الذواكر المتنقلة). لاحظ أن ليست جميع الأجهزة الداعمة لـ USB-OTG تعمل مع هذا الكابل.

وصلات الصوت (Audio Connectors)

تعتبر مجموعة الوصلات المستخدمة في التطبيقات السمع بصرية (audio-visual) مثل وصلات RCA ووصلات phono من الوصلات شائعة الاستخدام. بينما يمكن اعتبار أن جميع هذه الوصلات تنتمي لعائلة واحدة –مثل وصلات USB- إلا أن هناك اختلافات كبيرة بينها، وسنتحدث عن كل منها على حدة.

وصلات الصوت المستخدمة في الهواتف

عند ذكر ذلك ستتذكر على الفور وصلة الصوت بقطر 1/8 بوصة (3.5 مم) الموجودة في نهاية أي زوج من سماعات الرأس. في الواقع تأتي هذه الوصلات بثلاثة قياسات مختلفة: ¼ بوصة (6.35 مم)، 1/8 بوصة (3.5 مم) و2.5 مم. الوصلات ذات قياس ¼ بوصة تُستخدم بشكل كبير في مجالات الصوتيات الاحترافية، فمعظم مكبرات الصوت الكهربية تحتوي على قوابس TS (TS Jacks) بقياس ¼ بوصة. (TS اختصار لـtip-sleeve أي أن الوصلة تحتوي على رأس وجلبة)

وصلات TRS (tip-ring-sleeve أي تحتوي على رأس وحلقة وجلبة) بمقاس 1/8 بوصة شائعة الاستخدام في سماعات الرأس وأجهزة الكمبيوتر ومشغلات MP3. بعض الهواتف الخلوية تحتوي على مقابس TRRS (tip-ring-ring-sleeve) مقاس 2.5 مم لتوصيل سماعات رأس تحتوي على ميكروفون لإجراء المكالمات.

شيوع هذه الوصلات والكابلات وتوافرها بشكل كبير يجعلها مُرشحة للاستخدام في أغراض التوصيل العامة، على سبيل المثال قبل استخدام وصلات USB اعتمدت شركة “تكساس انسترومنتس” لفترة طويلة في آلاتها الحاسبة الخاصة بالرسم البياني على وصلات TRS مقاس 2.5 مم كوصلة برمجة تسلسلية.

من الهام أن نتذكر دائماً أن الوصلات من نوع TS (ذات رأس وجلبة) ليست مصممة لنقل الطاقة؛ فخلال عملية إدخال الوصلة قد تحدث عملية قصر (short) مؤقتة بين الرأس والجلبة مما قد يؤدي إلى إتلاف مصدر الطاقة. كما أن عدم وجود غطاء حول هذه الوصلات يجعلها غير مناسبة لنقل البيانات عالية السرعة، ولكن يمكن استخدامها لنقل البيانات التسلسلية منخفضة السرعة.

وصلة سماعات رأس من نوع TRS مقاس 1/8 بوصة. عادةً تحمل الرأس والحلقة إشارات صوت الستريو (stereo audio) بينما يتم توصيل الجلبة بالأرضي.

قابس هاتف مقاس 1/8 بوصة . لاحظ عدم وجود حلقة في هذه الوصلة.

مقبس وصلة سماعات رأس مقاس 1/8 بوصة من النوع board-mount يحتوي على سنون مُشار لكل منها بوظيفته. عندما لا يتم إدخال قابس بداخل المقبس يقوم مفتاح داخلي بتوصيل منفذي الرأس والحلقة بالمنفذين المجاورين (الغير مُشار لهما في الصورة) مما يسمح باكتشاف إدخال القابس.

وصلات RCA

هذه الوصلات تم استخدامها في أنظمة الصوت الستيريو المنزلية لعقود، وقد تم ابتكارها في أربعينات القرن الماضي بوساطة شركة RCA لاستخدامها مع الفونوغراف. حالياً بدأت وصلات HDMI تحل محل وصلات RCA، ولكن وجود هذه الوصلات والكابلات في كل مكان يجعلها خيار جيد للاستخدام في الأنظمة التي يتم إنشاءها منزلياً. لكن اختفاء هذه الوصلات مستقبلاً يظل أمر حتمي.

في الغالب توجد وصلات أنثى RCA على أجهزة، ومن الممكن أيضاً أن توجد مقابس RCA في كابلات الاستطالة والتحويل. معظم وصلات RCA يتم توصيلها بأحد الإشارات الأربعة التالية: الفيديو المُكون (component video) سواء كان من النوع PAL أو NTSC حسب مكان بيع الجهاز، الفيديو المركب (composite video)، صوت الستيريو، والصوت من النوع S/PDIF.

وصلة RCA أنثى مخصصة لإشارات الفيديو. عادة تُلون وصلات الفيديو NTSC أو PAL باللون الأصفر.

وصلات RCA ذكور. الوصلات باللون الأبيض والأحمر تُستخدم غالباً لنقل الصوت، والوصلة الحمراء تشير إلى القناة الصوتية اليمنى.

وصلات الطاقة (Power Connectors)

بينما تحمل العديد من الوصلات الطاقة بالإضافة إلى البيانات إلا أن بعض الوصلات تُستخدم بشكل محدد لتوصيل الطاقة إلى الأجهزة. هذه الوصلات تختلف بشكل كبير تبعاً للاستخدام والحجم، ولكننا سنركز فقط على بعض الأنواع الأكثر استخداماً وشيوعاً.

وصلة الماسورة (البرميل) (Barrel Connectors)

في الغالب توجد وصلات الماسورة في الإلكترونيات الاستهلاكية منخفضة التكلفة والتي يتم توصيلها بمقبس الكهرباء في الحائط عن طريق مهيئ (محول) التيار المتردد (AC wall adaptor). محولات التيار المتردد متوفرة بشكل كبير ويُمكن أن تعطي قيم مختلفة من الطاقة والجهد، مما يجعل وصلات الماسورة وسيلة شائعة لتوصيل الكهرباء إلى المشاريع الصغيرة.

أنثى وصلة الماسورة (يُطلق عليها جاك (jack)) يمكن شراءها بأشكال متنوعة: منها ما يتم تثبيته على الألواح الإلكترونية المطبوعة (PCB) سواء كانت سطحية أو يتم تثبيتها عبر الثقوب، ومنها ما يتم تثبيته على كابلات، ومنها ما يتم تثبيته على ألواح. بعض من هذه الوصلات تحتوي على نقطة اتصال إضافية تسمح بالكشف عن إذا ما كان هناك مصدر للطاقة مُوصل بداخل الوصلة الأنثى أم لا، مما يسمح للجهاز بتجنب استخدام البطارية وتوفير طاقتها والاستعاضة عن ذلك بمصدر الطاقة الخارجي.

وصلة ماسورة أنثى. عندما يتم إدخال المقبس يحدث قصر بين السن الخاص بالكشف عن إدخال الوصلة الذكر والسن الخاص بالجلبة.

وصلة ماسورة ذكر منفصلة يمكن توصيلها بأي مصدر للطاقة. لاحظ أن الجلبة يتم تصميمها لكي يتم تجعيدها (ثنيها للداخل) على السلك مما يؤدي إلى تخفيف الإجهاد بشكل أكبر.

تحتوي وصلات الماسورة على نقطتي اتصال فقط، يُشار إليهما عادة بالرأس أو السن (tip or pin) والجلبة (sleeve). عندما تقوم باختيار وصلة ماسورة هناك ثلاثة صفات مميزة لها: القطر الداخلي (قطر السن الذي يتم إدخاله داخل القابس)، والقطر الخارجي (قطر الجلبة الموجودة على الجزء الخارجي من القابس)، والقطبية (لتحديد جهد الجلبة هل هو أكبر أم أقل من جهد المقدمة).

قطر الجلبة الأكثر شيوعاً هو 5.5 مم أو 3.5 مم.

قطر السن يتوقف على قطر الجلبة؛ فإذا كان قطر الجلبة 5.5 مم يكون قطر السن إما 2.5 مم أو 2.1 مم. وهذا للأسف يعني أن القابس المُخصص لسن بقطر 2.5 مم يتناسب مع جاك بقطر 2.1 مم ولكن في أفضل الأحوال سيكون الاتصال متقطعاً (من الممكن أن لا يحدث اتصال). أما إذا كان قطر الجلبة 3.5 مم فيكون قطر السن 1.3مم.

القطبية (polarity) في الغالب يُعتبر جهد الجلبة 0V ويكون جهد الرأس قيمة موجبة بالنسبة إلى الجلبة. الكثير من الأجهزة يكون لها رسم تخطيطي مُصغر يشير إلى القطبية الخاصة بالجهاز؛ من المهم للغاية أن تولي كل الاهتمام للالتزام بهذه القيم لأن تزويد الجهاز بكمية غير مناسبة له من الطاقة يمكن أن يتسبب في إتلافه.

عادة يكون طول القوابس لهذه الوصلة 9.5 مم ولكن هناك أيضاً قوابس أطول وأخرى أقصر. جميع منتجات SparkFun ذات قطبية موجبة وقطر الجلبة لها 5.5 مم بينما قطر السن 2.1 مم. من الجيد أن تحفظ تلك القيم لأنها هي الأكثر شيوعاً واستخداماً.

الرسوم التخطيطية الخاصة بالقطبية شائعة الاستخدام فيما يتعلق باستخدام محولات التيار المتردد مع وصلات الماسورة. القطبية الموجبة (حيث الرأس جهدها موجب والجلبة جهدها 0V) هي الأكثر شيوعاً.

وصلات مولِكس (Molex Connectors)

معظم المحركات الصلبة ومحركات الأقراص الضوئية والملحقات الداخلية الأخرى المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر يتم تزويدها بالطاقة بوصلات “مولكس”، وللمزيد من الدقة (وصلات مولكس 8981 التسلسلية) (في الواقع “مولكس” هو اسم الشركة التي قامت بابتكار تصميم هذه الوصلة في خمسينات القرن الماضي).

وصلات مولكس مصممة لكي تحمل تيار بقيمة كبيرة تصل إلى 11 أمبير لكل سن. فهي تُستخدم بتزويد المشاريع التي تتطلب قدراً كبيراً من الطاقة مثل ماكينات التحكم الرقمي (CNC) والطابعات ثلاثية الأبعاد على سبيل المثال. أحد الطرق الشائعة لتزويد مثل هذه المشاريع بالطاقة هي استخدام مُزود طاقة خاص بأجهزة الكمبيوتر المكتبية (PC power supply) وتوصيل مختلف دوائر النظام باستخدام وصلات مولكس.

يُعتبر تحديد جنس الوصلة (ذكر أو أنثى) بالنسبة لوصلات مولكس مختلفاً عن المُعتاد؛ فالوصلة الأنثى تُوجد عادةً في نهاية الكابلات حيث تنزلق بداخل غلاف بلاستيكي يحتوي على سنون وهو ما يمثل الوصلة الذكر. في الغالب يتم توصيل الوصلتين –الذكر والأنثى- بواسطة الضغط بالأيدي فقط بشكل قوي. هذه الوصلات مُصممة لكي يتم توصيلها وفكها لعدد قليل من المرات فقط، ولذلك فهي تُمثل خياراً سيئاً للتطبيقات التي تحتاج لفك وتركيب الوصلات كثيراً.

وصلة مولكس ذكر. تحديد جنس الوصلة يعتمد على جنس السنون الموجودة بداخلها.

وصلة مولكس أنثى خاصة بمزود طاقة.

وصلات IEC

تماماً مثل وصلات مولكس تم تخصيص اسم عام (International Electrotechnical Commission) للإشارة إلى نوع مُحدد من الوصلات. فوصلة IEC تُشير في الغالب إلى وصلة منفذ مُزود الطاقة المُستخدم في أجهزة الكمبيوتر المكتبية. لنكون أكثر دقة هذه الوصلة يُطلق عليها IEC 60320-1 وُيرمز للأنثى بـ C13 وللذكر بـ C14.

وصلة C14 التي تمثل ذكر وصلة IEC وهي عبارة عن مدخل طاقة خاص بمزود طاقة للتيار المستمر (DC). لاحظ أنه جنس الوصلة –مثل وصلة مولكس- يتم تحديده اعتماداً على جنس السنون الموجودة بداخل الغطاء.

وصلة C13 التي تمثل ذكر وصلة IEC موجودة على كابل مُزود طاقة يتم توصيله بمصدر للتيار المستمر (AC). الكابلات التي تحتوي على هذه الوصلة في نهايتها متوفرة في كل المناطق حول العالم وتحتوي في الطرف الآخر على قابس التيار المتردد المستخدم في المنطقة.

وصلات IEC تُستخدم بشكل حصري كدخل لتوصيل التيار المتردد. الشيء الرائع فيما يتعلق بهذه الوصلة هو أن الكابلات الخاصة بالتوصيل بمأخذ تيار الحائط شائعة للغاية ومتوافرة في كل مكان؟

وصلات JST

JST هي عبارة عن شركة يابانية تقوم بصناعة وصلات كهربية عالية الجودة، ووصلة JST بقياس 2.0 مم هي وصلة قطبية من سلسلة PH تحتوي على نقطتي اتصال.

جميع بطاريات بوليمر أيون الليثيوم الخاصة بـ SparkFun تأتي بهذا النوع القياسي من وصلات JST، والكثير من اللوحات الإلكترونية تحتوي أيضاً على هذه الوصلة كمدخل لتوصيل الطاقة. هذه الوصلة تتميز بصغر حجمها وقوة تحملها وصعوبة توصيلها بشكل خاطئ.

هناك خاصية أخرى (يمكن أن تمثل ميزة أو عيب اعتماداً على رؤيتك لها) هي صعوبة فصل وصلة JST بعد توصيلها (يمكن استخدام زراديه بحرص لفصلها). بينما تجعل هذه الخاصية من الصعب انفصال الوصلة أثناء استخدامها، إلا أنها أيضاً تجعل من فك البطارية لشحنها أمراً صعباً قد يؤدي لتلف الوصلة.

وصلة JST ذات نقطتي اتصال على لوح أردوينو LilyPad. مثل وصلة مولكس، يحدد جنس السنون بداخل الغلاف جنس الوصلة.

ذكر وأنثى وصلة JST ذات نقطتي اتصال.

هناك أيضاً وصلات JST من سلسلة PH تحتوي على أكثر من نقطتي اتصال، لكن في معظم التطبيقات الخاصة بنا نقوم باستخدام وصلة JST ذات نقطتي اتصال لتوصيل البطاريات.

وصلات الرأس المُسنَّن (Pin Header Connectors)

تتضمن وصلات الرأس المُسنن العديد من وسائل التوصيل المختلفة. بوجه عام يتكون أحد الجانبين من مجموعة من السنون الملحومة على دارة لوحة دارات مطبوعة (PCB)، ويمكن أن تكون هذه السنون مُثبتة على سطح اللوحة بزاوية قائمة (تُسمى سنون مُستقيمة) أو تكون مُثبتة موازية للوحة (تُسمى سنون قائمة). هذه الوصلات تأتي بقيم مختلفة من الفرجات (pitch) (أي المسافة بين مركزي فتحتين متتاليتين)، ويمكن أن تحتوي على أي عدد من صفوف الأسنان.

وصلة رأس مُسنن أنثى قائمة الزاوية مثبتة على لوح FTDI basic.

مُعظم وصلات الرأس المُسنن المُستخدمة في الحياة العملية هي وصلات ذات فرجة 0.1 بوصة وتتكون من صف واحد أو صفين من السنون. وهي إما ذكر أو أنثى، وهي الوصلات المُستخدمة لتوصيل بطاقات أردوينو مع الأغطية الخاصة بها (Shields). من الممكن أيضاً أن نجد وصلات من هذا النوع لها فرجات مختلفة، فعلى سبيل المثال تحتوي بطاقة XBee wireless module على وصلة من نفس النوع المُستخدم في أردوينو لكن بفرجة 2.0 مم.

وصلات رأس مُسنن ذكر وأنثى ذات فرجة 0.1 بوصة مُثبتة على بطاقة أردوينو أونو.

هناك نوع آخر من هذه الوصلة يُطلق عليه سن الماكينة (machine pin). بينما يتكون النوع العادي من هذه الوصلة من سنون معدنية تم تشكيلها من لوج معدني عن طريق عمليتي الطوي (folding) والدمغ (stamping)، إلا أن السنون الخاصة بوصلة سن الماكينة يتم تشكيلها عن طريق طرق (tooling) المعدن حتى يُصبح بشكل المرغوب. وبالتالي فإن وصلة سن الماكينة أكثر قوة وتحمل وذات عمر أطول مما يجعلها أغلى في السعر.

أنثى وصلة سن الماكينة. لاحظ أن هذه الوصلة مُصممة بحيث يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر، بينما لا يمكن فعل ذلك مع وصلات الرأس المُسننة العادية.

هناك نوعان من الكابلات يتم تصنيعها لتوصيل هذه الرؤوس المسننة: النوع الأول يتكون من أسلاك منفردة تحتوي على وصلة يتم تجعيدها (crimp) عليها، والنوع الآخر يتكون من كابلات شريطية (ribbon cables) تحتوي على وصلات مُزيلة للعازل (insulation displacement connectors) يتم تثبيتها على نهاية الكابل الشريطي، حيث تقوم بالاتصال مع جميع الأسلاك الموجودة بداخل الكابل الشريطي. بشكل عام تُشكل الكابلات أنثى وصلة الرأس المُسننة حيث يتم إدخال سنون الوصلة الذكر بداخلها.

كابل ذو وصلة مُجعدة يحتوي على ست فتحات (نقاط اتصال). كل سلك من الأسلاك التي يتكون منها الكابل يتم تقشيره بشكل منفرد وتجعيده بداخل الوصلة، وبعد ذلك يتم إدخال الوصلة في الإطار البلاستيكي.

وصلتان مُزيلتان للعازل (IDC) 2×5 مثبتتان على طرفي كابل شريطي. هذا النوع من الكابلات يمكن تكوينه بسهوله بسبب عد الحاجة لتقشير الأسلاك الموجودة بداخل الكابل. تحتوي هذه الوصلة أيضاً على علامات قطبية لمنع تركيب الوصلة بشكل خاطئ على الطرف الآخر (الذكر) من الوصلة.

الوصلات المؤقتة (temporary connectors)

وصلات البراغي (screw terminals)

في بعض الأحيان ربما تكون هناك حاجة لتوصيل سلك عاري بداخل دائرة كهربية ما، ووصلات البراغي تمثل حلاً رائعاً لهذا الأمر. كما أنها مناسبة للحالات التي تكون فيها حاجة لأن يكون بإمكان الوصلة توصيل العديد من الأجهزة المختلفة معاً.

ما يعيب وصلات البراغي هو أنها يمكن أن تنفك بسهولة تاركة سلكاً عارياً في دائرتك. ولكن يكن حل هذه المشكلة بسهولة عن طريق استخدام كمية صغيرة من الغراء الساخن.

وصلات البراغي مُصممة بشكل خاص لتتناسب مع مدى ضئيل من مقاسات الأسلاك، فالأسلاك الرفيعة للغاية والأسلاك السميكة للغاية يصعب استخدامها مع هذا النوع من الوصلات. من الأنواع المتوفرة من وصلات البراغي: النوع الأول بفرجة 0.1 بوصة، والنوع الثاني بفرجة 3.5 مم. معظم وصلات البراغي يمكن تمديدها بسهولة بنفس الفرجة عن طريق توصيل قطاعين أو أكثر منها معاً.

وصلات براغي ذات فرجة 3.5 مم مُوضحاً عليها نقطة توصيل السلك، والبراغي التي تقوم بحفظ السلك في مكانه بالإضافة إلى التوصيلات الجانبية الموجودة على جانبي الوصلة للسماح بتوصيل أي عدد منها معاً

وصلة الموزة (Banana Connector)

معظم الأجهزة المُستخدمة في اختبارات الطاقة (المقياس المُتعدد (المالتيميتر Multimeter)، مُزودات الطاقة (power supplies)) تحتوي على نوع من الوصلات بسيط للغاية هي وصلة الموزة. يُطلق على هذه الوصلة أيضاً “banana plugs”، وهي عبارة عن قابس معدني قافز (أي مثل الزنبرك) مُجعد يُستخدم لتوصيل الطاقة من طرف واحد. هذه الوصلات عادة ما تكون متاحة بحيث يمكن تركيبها على بعضها البعض كما يمكن توصيل أي سلك إليها بسهولة. كما أنها بإمكانها حمل تيار تصل شدته لعدة أمبيرات، وكل هذا بسعر منخفض وفي المُتناول.

وصلة موزة يمكن توصيل (تركيب) أي عدد منها معاً. لاحظ أن هناك طريقتين مختلفتين للتوصيل بين وصلتين من هذا النوع معاً.

وصلات موزة تُستخدم مع مزود طاقة مكتبي.

مشبك فم التمساح (Alligator Clip)

سبب تسمية هذه الوصلة بهذا الاسم واضح للغاية، ويُستخدم هذا المشبك في وصلات اختبار الأسلاك أو القضبان المعدنية. هذه الوصلات ضخمة نسبياً ويعيبها سهولة حدوث قصر مع أي معدن مجاور. تُستخدم الوصلات من هذا النوع بشكل أساسي في التوصيلات منخفضة الثمن خلال تشخيص الأعطال الإلكترونية وإصلاحها.

وصلة مشبك فم التمساح مُوصلة بسلك كهربائي لاستخدامها في عمل اختبار كهربي. لاحظ وجود غطاء بلاستيكي يُحيط بالمشبك لمنع حدوث قصر مع أي من الوصلات الأخرى.

مشبك (أو كلّاب) الدوائر المتكاملة (IC clip (or IC hook))

توجد العديد من مشابك الدوائر المتكاملة في الأسواق لاستخدامها في القيام بعمليات الفحص والاختبار الدقيقة للمكونات الحسّاسة. تتميز هذه الوصلات بالحجم الصغير لكي يمكن توصيلها بأحد السنون لدائرة متكاملة دون أن تتصل بأي من السنون المجاورة لذلك السن. كما أن بعض هذه الوصلات دقيقة لدرجة تسمح بتوصيلها بأرجل المكونات السطحية (SMD) المثبتة على سطح الدوائر المتكاملة. هذه المشابك الصغيرة توجد في أجهزة التحليل المنطقية (logic analyzers) وأسلاك الاختبار (test leads) التي تعتبر مناسبة للغاية في عمل النماذج الأولية وتشخيص أعطال الدوائر الكهربية.

مشبك دوائر متكاملة مُثبت على طرف أحد الأسلاك. هذا المشبك صغير جداً لدرجة تسمح بأحد أرجل أي مُكون يتم تثبيته عبر الثقوب (through hole) يدون أن يتلامس مع أي من الأرجل الأخرى المجاورة.

وصلات أخرى

الوصلات المعيارية من النوع RJ (RJ-type Modular connectors)

وصلات الجاك المُسجل (Registered jack (RJ)) هي الوصلات القياسية المُستخدمة في مُعدات الاتصال وتبادل البيانات محلياً. الأسماء التي نطلقها على هذه الوصلات (RJ45، RJ12…الخ) ليست صحيحة بالضرورة لأن مُسمى وصلات RJ يكون بناء على عدد الأماكن المتاحة (positions) وعدد نقاط الاتصال (contacts) وطريقة توزيع الأسلاك (wiring pattern). على سبيل المثال: يُشار إلى الوصلة المستخدمة في نهاية كابلات إيثرنت (Ethernet) القياسية بـ “RJ45″، في واقع الأمر يُشير مُسمى “RJ45” إلى أن الوصلة تحتوي على ثمانية أماكن وثمانية نقاط اتصال بالإضافة إلى أن هذه الوصلة مُعَّدة للاستخدام مع إيثرنت.

هذه الوصلات المعيارية مفيدة للغاية لأنها متوفرة في كل مكان وتحتوي على العديد من نقاط الاتصال بالإضافة إلى امتلاكها للمرونة وسعرها المنخفض وقابليتها لحمل كمية معتدلة من التيار. بينما لم يتم تصميم هذه الكابلات لتوصيل كمية كبيرة من الطاقة إلا أنها يمكن استخدامها لنقل البيانات وكمية تقدر بمئات الملي أمبير من جهاز لآخر. لكن يجب أن يتم الحرص على عدم توصيل الجاك المخصص لمثل هذه التطبيقات بمنافذ إيثرنت التقليدية حتى لا يحدث أي تلف.

وصلة “RJ45” قياسية 8p8c (أي تحتوي على ثمانية أماكن وثمان نقاط اتصال). يجب أن تنتبه في حال أردت استخدام هذه الوصلات لتوصيل إشارات تيار مستمر وطاقة فيجب أن تتجنب استخدام وصلات تحتوي على محولات إشارة داخلية (built-in signal transformers).

وصلات D-sub

تم تسمية هذه الوصلات بهذا الاسم بسبب شكلها، حيث أن شكل الغلاف الذي توضع بداخله السنون يكون مشابه لحرف D. وهي من الوصلات القياسية الكلاسيكية في عالم الإنترنت. هناك أربعة أنواع مختلفة من هذه الوصلات شائعة الاستخدام: DA-15، DB-25، DE-15، DE-9. يُشير الرقم في اسم الوصلة إلى عدد نقاط الاتصال، بينما يشير زوج الحروف المُستخدم إلى حجم غلاف الوصلة. أي أن الوصلتان DE-15،E-15وصلتان الوصلة إلى عدد نقاط الاتصال، بينما يشير زوج الحروف المُستخدم إلى حجم غلاف الوصلة. حرف تحتوي على محولات إشارة داخلي و DE-9 لهما نفس حجم الغلاف ولكن يختلفان في عدد نقاط الاتصال.

وصلة DE-9 أنثى. يتم تحديد جنس الوصلة من خلال السنون أو الفتحات الموجودة بها، وليس من خلال الوصلة ككل، فهذه الوصلة أنثى بالرغم من أنها يتم إدخالها بواسطة غلاف الوصلة الذكر.

الوصلتان DB-25 و DE-9 هما الأكثر استخداماً لمحترفي الكمبيوتر، والعديد من أجهزة الكمبيوتر المكتبي ما زالت تحتوي على منفذ تسلسلي واحد على الأقل من النوع DE-9، وعادة ما تحتوي على منفذ متوازي من النوع DB-25. أيضاً الكابلات التي تحتوي على وصلات DE-9 وDB-25 في أطرافها متوفرة بشكل كبير.

وكما هو الحال في الوصلات المعيارية يمكن استخدام هذه الوصلات لنقل الطاقة بالإضافة للتوصيل بين نقطة وأخرى بين جهازين. وبما أن الاستخدام الشائع لهذه الكابلات لا يضمن نقل الطاقة، من المهم للغاية الحرص عند استخدامها لأغراض أخرى، لأن توصيل الطاقة لمنفذ قياسي يمكن أن يسبب تلفه.

المصادر والمضي قدماً

يجب أن تكون الآن على علم بالوصلات المناسبة للاستخدام في أي من التطبيقات وأي الوصلات يناسب مشروعك القادم. قم بزيارة هذه الروابط لتعرف المزيد عن الوصلات.

قاعدة بيانات عملاقة بأنواع الوصلات (Giant database of connectors and pinouts): جميع أنواع الوصلات بمختلف أنواعها سواء سمعت بها من قبل أو لا. موقع رائع للتعرف على المعلومات الرئيسية عن الوصلات، ولكنه لا يحتوي على تفاصيل كاملة عنها.
مقالة بويكبيديا عن وصلات الجاك المُسجل (Wikipedia article on registered jack connectors): المزيد عن عالم وصلات RJ المتسع، والتي يفهمها ويستخدمها معظم الأشخاص بشكل خاطئ.
مقالة بويكيبيديا عن وصلات D-sub (Wikipedia article on D-subminiature connectors): تماماً مثل وصلات RJ، هناك معلومات خاطئة كثيرة شائعة عن هذه الوصلات. هذا المقال رائع للغاية عن هذه الوصلات.
كتالوج ماوسر للإلكترونيات (Mouser electronics catalog): قراءة الكتالوج الخاص بأحد موردي الإلكترونيات أمر رائع يساعدك في التعرف على المزيد حول الوصلات، شركة موسر تقدم كتالوج على الإنترنت رائع للغاية مثل النسخة الورقية تماماً.

إذا أردت الإطلاع على المزيد من الدروس فنحن نقدك لك هذه المُقترحات:

القدرة الكهربية (Electric Power)
التيار المستمر والتيار المتردد (AC vs DC)
المستويات المنطقية (Logic Levels) (قريباً)
ما هو أردوينو (What is an Arduino?)
الاتصال التسلسلي (Serial Communication) (قريباً)
الاتصال عبر الواجهات التسلسلية الطرفية (Serial Peripheral Interface (SPI) Communication) (قريباً)
الاتصال عبر آي سكويرد سي (I²C Communication) (قريباً)

تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع sparkfun تحت تصريح كرييتف كومّونز 3 (Creative Commons 3.0)