Napięcie elektryczne

Napięcie elektryczne w elektronice spełnia podobną rolę jak benzyna w samochodzie. Bez benzyny silnik
samochodu nie może pracować i samochód nie może się poruszać. Podobnie bez napięcia elektrycznego
nie może działać żaden układ elektroniczny. Napięcie elektryczne odgrywa rolę siły napędowej. Pod jego
wpływem powstaje przepływ prądu elektrycznego.
Elektronik jest przyzwyczajony do stosowania krótkich i prostych oznaczeń. Napięcie elektryczne oznacza on
literą U. Mierzy je w jednostkach zwanych woltami (od nazwiska Volt), które oznacza literą V.
Napięcie elektryczne jest dostrzegalne przez człowieka. Widzimy je w postaci błyskawicy, iskry np. w
samochodowych świecach zapłonowych; mierzymy je jako wychylenie wskazówki miernika; słyszymy je
poprzez drgania membrany głośnika.
Napięcie staje się dostrzegalne jeszcze w wielu innych przypadkach. Niektóre z nich poznamy w dalszych
naszych doświadczeniach.
W jaki sposób można otrzymać napięcie elektryczne? Istnieje dużo urządzeń elektrycznych służących do
wytwarzania napięcia. Oto kilka urządzeń będących źródłami napięcia elektrycznego.

- Prądnica. Znaleźć ją możemy np. przy rowerze. Podczas wolnej jazdy wytwarza ona niskie napięcie, równe
np. 3 V i żarówka w reflektorze świeci słabo. Przy szybkiej jeździe prądnica wytwarza napięcie wyższe,
równe np. 6 V. Żarówka świeci wtedy jasno. Oczywiście, bywają prądnice znacznie większe. Na przykład
mogą to być generatory w elektrowniach, które wytwarzają napięcia rzędu stu tysięcy (100000) woltów. W
zależności od konstrukcji prądnice mogą wytwarzać napięcie stałe lub przemienne.

- Bateria. W najprostszym wypadku może to być bateria do zasilania kieszonkowej latarki lub radia
bateryjnego. Akumulator samochodowy jest również baterią. Wspólną cechą wszystkich baterii jest to, że
wytwarzają one napięcie stałe; baterie nie mogą dostarczać napięcia zmiennego.

- Ogniwo słoneczne lub fotoogniwo. Statki kosmiczne są wyposażone w elektryczne ogniwa słoneczne.
Ogniwa te są źródłem energii niezbędnej do sterowania i wykonywania rozkazów przekazywanych z Ziemi.
Przekształcają one energię świetlną w napięcie lub, mówiąc dokładniej, w energię elektryczną.
Przykładem zastosowania fotoogniwa jest także wskaźnik oświetlenia (światłomierz) używany przy
wykonywaniu zdjęć fotograficznych. Światło padające na fotoogniwo jest przekształcane na napięcie
elektryczne. Napięcie to jest doprowadzane z kolei do przyrządu pomiarowego, którego wskazówka wychyla
się proporcjonalnie do energii światła.
Wspólną cechą wszystkich baterii, prądnic i innych źródeł napięcia jest to, że mają one zawsze dwa zaciski.

Na rysunku 1 przedstawiono występujące w praktyce układy połączeń źródeł napięcia. Na rysunku 1a widać
symbol graficzny baterii. Długa kreska oznacza biegun dodatni, a krótka i pogrubiona biegun ujemny baterii.
Strzałka między pomocniczymi liniami poprowadzonymi przez zaciski baterii wskazuje, że właśnie tu panuje
napięcie równe U. Na rysunku 1b przedstawiono również symbol baterii. Ten ostatni sposób przedstawiania
baterii jest stosowany najczęściej. W półkolach, oznaczających zaciski biegunów baterii spotykamy często
dodatkowe oznaczenia, takie jak np. A i B, lub 1 i 2, lub też Cl i C3. Oznaczenia takie są stosowane przy
rysowaniu schematów skomplikowanych układów elektronicznych. Bateria musi być wtedy dołączona do
tych wszystkich punktów układu, które są oznakowane tak samo jak jej zaciski.
Na rysunku 1c pokazano szczególny przypadek poprzednich rysunków. Widzimy tu dwie baterie połączone
szeregowo. Przy szeregowym łączeniu baterii należy zwracać uwagę na prawidłową polaryzację ich
biegunów. Łączone bieguny baterii powinny być różnoimienne, tzn. jeden powinien być dodatni, a drugi
ujemny lub odwrotnie. Wolne zewnętrzne zaciski stanowią nadal biegun dodatni i ujemny.
W przypadku szeregowego połączenia dwóch źródeł napięcia otrzymujemy napięcie równe sumie napięć
składowych, jeżeli połączymy szeregowo płaską baterię o napięciu 4,5 V z baterią okrągłą o napięciu 1,5 to
uzyskamy napięcie wypadkowe równe 4,5 V+1,5 V = 6 V!
Dwa takie same źródła napięcia dają napięcie dwukrotnie większe od każdego z napięć składowych. Dwie
szeregowo połączone baterie płaskie o napięciu 4,5 V dają więc napięcie równe 9 V.
Oczywiście, można łączyć szeregowo większą liczbę baterii. Możemy np. połączyć szeregowo dwie baterie o

napięciu 4,5 V z jedną baterią o napięciu 3 V. Otrzymujemy wtedy napięcie równe 4,5 V+4,5 V+3 V = 12 V.
Łącząc szeregowo wiele baterii (np. 10 sztuk, każda po 4,5 V, co daje 45 V) uzyskujemy napięcia
wypadkowe, które mogą być już groźne dla organizmu ludzkiego, a nawet mogą doprowadzić do porażenia
śmiertelnego.
Powinniśmy jeszcze bliżej poznać baterię. Tak więc płaskie baterie o napięciu 4,5 V są zbudowane z trzech
pojedynczych ogniw o napięciu 1,5 V. Bateria o napięciu 9 V, służąca do zasilania odbiorników
tranzystorowych, jest zbudowana z sześciu ogniw, z których każde ma napięcie 1,5 V. Można to łatwo
stwierdzić rozbierając takie baterie.
Wyjaśnijmy sobie jeszcze układ z rys. 1d. Można go traktować jako szczególny przypadek układu z rys. 1c.
Nadal są tu dwie szeregowo połączone baterie. Jednakże wyprowadzono trzeci zacisk B. Zacisk ten
oznaczono dodatkowo symbolem 0 (zero). W elektronice oznacza to, że wszystkie napięcia w układzie są
odnoszone względem tego punktu. Tak więc napięcie zacisku A względem B wynosi +1,5 V. Napięcie
zacisku C względem B wynosi -1,5 V. Napięcie zacisku A względem C wynosi Ut + L/a =+3 V. Napięcie
między zaciskami C i A wynosi również 3 V, jednakże zacisk A jest dodatni względem C. Tak więc musimy
powiedzieć, że napięcie zacisku C względem A jest równe -3V.
Początkowo ustalenie znaku napięcia wydaje się skomplikowane. Stanie się to proste, gdy zapamiętamy
następujące wskazówki.

Napięcie mierzymy między dwoma zaciskami, przyjmując jeden z zacisków za wyjściowy. Jeżeli zacisk, który
przyjęliśmy za wyjściowy (względem którego dokonujemy pomiaru) jest dodatni, to napięcie na drugim
zacisku (biegunie) jest ujemne! W przeciwnym przypadku, gdy pomiaru dokonujemy względem bieguna
wyjściowego ujemnego, to drugi biegun baterii jest dodatni.

Wszystko zależy więc od punktu wyjściowego, który przyjmujemy za bazę I obserwacji lub pomiarów. Dla
człowieka stojącego na ziemi wierzchołek drzewa znajduje się wysoko nad ziemią. Z kolei dla kogoś
siedzącego na wierzchołku drzewa ziemia znajduje się w dole. W obydwu jednak przypadkach odległość i
między wierzchołkiem drzewa a ziemią jest taka sama!

Prąd elektryczny

Przy omawianiu napięcia elektrycznego wielokrotnie używaliśmy pojęcia „prądu elektrycznego". Prąd
elektryczny powstaje pod wpływem fizycznie uwarunkowanego mechanizmu ruchu małych cząstek
elektrycznych - elektronów. Przewód elektryczny (miedziany drut) jest zbudowany z bardzo wielu atomów
miedzi. Elektrony krążą w atomach miedzi po ściśle określonych orbitach, podobnie jak Księżyc i Ziemia.
Elektrony, przy spełnieniu pewnych warunków mogą przechodzić od jednego atomu do drugiego. Ściślej
mówiąc, elektrony przeskakują z zewnętrznej orbity jednego atomu na wolne miejsce w zewnętrznej orbicie
sąsiedniego atomu. Tego rodzaju ruch elektronów powstaje w przewodzie znajdującym się pod wpływem
napięcia elektrycznego. Elektrony tworzą w nim ukierunkowany strumień, który ogólnie nazywamy prądem
elektrycznym.
Napięcie elektryczne wywiera wpływ na tak zwane swobodne elektrony atomów przewodu. Ruch elektronów
odbywa się od bieguna ujemnego do dodatniego. Elektrony elementarne nośniki ujemnego ładunku
elektrycznego wypływają z ujemnego bieguna baterii i zapełniają wolne miejsca w orbitach atomów całego
obwodu elektrycznego. Strumień elektronów, czyli prąd elektryczny, płynie w kierunku wyznaczonym przez
polaryzację baterii, jeżeli zmienimy polaryzację baterii, to prąd popłynie przez przewód w kierunku
przeciwnym niż poprzednio. Kierunek ruchu elektronów w przewodniku zależy tylko od polaryzacji źródła
napięcia przyłożonego do jego końców. W wielu przypadkach kierunek przepływającego prądu elektrycznego
nie jest obojętny dla odbiornika. Żarówka np. świeci jednakowo jasno, niezależnie od polaryzacji panującego
na niej napięcia. Z kolei zmiana polaryzacji napięcia na zaciskach silnika prądu stałego powoduje zmianę
kierunku wirowania wału tego silnika.
Zastanówmy się jeszcze raz przez chwilę nad przewodnikami prądu elektrycznego. Mówimy często o
dobrych i złych przewodnikach. Jasne jest już teraz, że przy dobrych przewodnikach (złoto, srebro,
aluminium, miedź) elektrony bardzo łatwo przeskakują w obszary atomów i mechanizm ich ruchu jest prosty.
Inaczej wygląda to przy złych przewodnikach prądu elektrycznego. W prze. wodzie wykonanym np. z żelaza
elektrony z dużym trudem wnikają w obszar atomów.
Jeszcze kilka słów o wartości prądu elektrycznego i grubości przewodu. Na podstawie przeprowadzonych
rozważań można wnioskować, że grubość przewodu miedzianego określona jest liczbą atomów miedzi.
Grubszy drut zawiera więcej atomów miedzi, a przez to również dużą liczbę wolnych elektronów
przypadających na jednostkę powierzchni przekroju drutu. Oczywiście, duża liczba wolnych elektronów
umożliwia przepływ dużego prądu. Duży prąd płynący przez cienki drut powoduje grzanie się, żarzenie, a w
końcu przepalenie się drutu. Jest to zasada działania bezpieczników topikowych.
Z pewnością przekonaliśmy się już nie raz, że przy pompowaniu dętki rowerowej, zarówno wentyl jak i wylot
pompki nagrzewa się. Zjawisko to powodowane jest szybkim przeciskaniem dużej ilości cząstek powietrza,
czyli atomów gazów powietrza przez wąski otwór. W wąskim otworze następuje mechaniczne tarcie między
cząstkami powietrza, które w ten sposób nagrzewają się. Podobne zjawiska zachodzą przy prądzie

elektrycznym. W cienkim przewodzie elektrycznym, przez który płynie duży prąd, następuje tarcie między
szybko poruszającymi się elektronami. Tarcie to powoduje wydzielanie się ciepła. Może to doprowadzić do
stopienia się materiału, z którego wykonany jest drut. Z przeprowadzonych rozważań wynika, że dla
przepływu małego prądu wystarczy cienki przewód. Duży prąd wymaga grubego drutu. Praktycznie przez
drut miedziany o grubości szpilki może płynąć prąd o natężeniu jednego ampera (1 A).

Co ma wspólnego instalacja wodociągowa z prądem elektrycznym?

Spójrzmy najpierw na rys. 2a. Widzimy tu pompę wodną, która z jednej strony wytwarza ciśnienie, a z drugiej
podciśnienie. Taki stan ciśnień powoduje powstanie ruchu cząstek wody, czyli przepływu strumienia wody.

Rysunek 2.

Na rysunku 2b przedstawiono z kolei schemat odpowiedniego układu elektrycznego. Strumień elektronów
płynie przewodem od ujemnego bieguna baterii i przez żarówkę z powrotem do dodatniego bieguna baterii.
W cienkim druciku żarówki elektrony, dzięki swojej dużej prędkości, wytwarzają poprzez tarcie tak dużo
ciepła, że żarówka świeci.
Na rysunku 2c przedstawiono taki sam układ wodociągowy jak poprzednio, ale z przeciwnym kierunkiem
przepływu strumienia wody. Odwrotny kierunek przepływu wody uzyskano przez zmianę kierunku wirowania
pompy. Podobną sytuację w odniesieniu do układu elektrycznego przedstawia rys. 2d. W układzie tym
zmianę kierunku ruchu elektronów, a co za tym idzie, zmianę kierunku prądu elektrycznego (przyjęło się, że
kierunek ruchu elektronów jest przeciwny do kierunku przepływu prądu elektrycznego) uzyskano przez
zmianę biegunowości baterii. Strumień elektronów w układzie z rys. 2b płynął od zacisku A żarówki do
zacisku B, a w układzie z rys. 2d płynie od zacisku B do A. Kierunek przepływu prądu przez żarówkę nie
odgrywa żadnej roli i świeci ona w obu przypadkach takim samym światłem.
Jak możemy przerwać przepływ strumienia wody i prądu elektrycznego? Odpowiedź na to pytanie
znajdziemy na rys. 3. Przepływ wody przerywamy zaworem wodnym. Prąd elektryczny
przerywamy

wyłącznikiem

.

Rysunek 3.

W obu przypadkach możemy zauważyć bardzo ważne zjawisko: w stanie przepływu strumienia wody, czy
też elektronów, zarówno na zaworze wodnym, jak i na wyłączniku nie występuje różnica ciśnień czy też
potencjałów. Tak więc na wlocie ' wylocie zaworu ciśnienie wody jest jednakowe, a między zaciskami
włączonego wyłącznika napięcie jest równe zero. Zupełnie inaczej wygląda to przy przerwaniu strumienia
wody lub prądu elektrycznego. W tym przypadku wlocie zaworu wodnego panuje ciśnienie wody, a na
wylocie podciśnienie.
Podobna sytuacja występuje przy otwartym wyłączniku. W tym przypadku na zaciskach wyłącznika
występuje dodatni I ujemny biegun baterii. Nie może nas to dziwić, gdyż oba bieguny baterii są połączone
elektrycznie także przez włókno żarówki z zaciskami wyłącznika. Odważymy się wkroczyć teraz w obszar
praktyczne) elektroniki. Elektronik potrzebuje często jakiegoś pomocniczego środka, który zapewni przepływ
prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku. Środkiem takim jest

dioda półprzewodnikowa

zwana krótko

diodą.

Elektrony mogą przepływać przez diodę tylko w jednym kierunku. Diodę można porównać do wyłącznika
sterowanego poprzez zmiany polaryzacji panującego na nim napięcia. Wiemy że przy zmianie polaryzacji
źródła napięcia zmienia się również kierunek przepływy prądu. W obwodzie zawierającym diodę, przy
zmianie polaryzacji źródła napięcia prąd nie płynie w ogóle. Przedstawiono to na rys. 4a. W rurociągu
zamontowany jest zawór stożkowy. Jeżeli woda uciska płaską część zaworu, czyli gdy w miejscu A panuje
ciśnienie wyższe niż w B, to zawór zamyka się automatycznie i umocowana do niego wskazówka ustala się
na zerze. Jeżeli teraz zmienimy kierunek ciśnienia wody, to zawór automatycznie otwiera się. Strumień wody
przepływa wtedy w kierunku od B do A.

Rysunek 4.

Zamknięty obwód

Włączony układ elektroniczny można nazwać również zamkniętym obwodem prądu elektrycznego. Prąd
elektryczny może płynąć przez przewód (drut). We włączonym komputerze lub telewizorze droga przepływu
prądu jest bardziej skomplikowana. W tym przypadku można wydzielić bardzo dużo pojedynczych obwodów
elektronicznych, które włączane są jednocześnie jednym wyłącznikiem i które spełniają różne funkcje. Płyną
w nich prądy elektryczne o różnych wartościach. Dla elektronika bardzo ważna jest znajomość określonych
prawidłowości, rządzących obwodami elektronicznymi.
Na podstawie obwodu prądu elektrycznego elektronik może wyciągnąć wiele wniosków o właściwościach
układu. Musi on najpierw poznać sam obwód przepływu prądu, a następnie zastanowić się nad nim i
wykonać wiele pomiarów. Ważna jest tu także dostateczna wiedza praktyczna. Przez praktyczne
doświadczenia można czasami szybciej zrozumieć i opanować niektóre zagadnienia niż na drodze rozważań
teoretycznych.

Rysunek 5.

Na rysunku 5 a przedstawiającym wodociąg z pompą wodną, widać właściwie wszystkie cechy zamkniętego
obwodu prądu elektrycznego. Prąd płynie zawsze w zamkniętym, dokładnie określonym obwodzie. Z
zamkniętego obwodu prądu elektrycznego nie może wypłynąć na zewnątrz żaden prąd. Nie może także
wpłynąć do niego żaden dodatkowy prąd. Jest on przecież zamknięty (cząsteczki wody płyną zawsze w
obwodzie utworzonym przez wodociąg; ruch cząsteczek wody wywołany jest ciśnieniem wytworzonym przez
pompę wodną).
Podobną sytuację widzimy na rys. 5 b. Bateria zastępuje tu pompę, a przewód elektryczny (drut) rurociąg.
Wyobraźmy sobie teraz bardzo duże powiększenie wnętrza drutu, w którym z kolei możemy wyobrazić sobie
elementarne nośniki ładunku elektrycznego elektrony. Elektrony te poruszają się między zewnętrznymi
orbitami atomów miedzi pod wpływem napięcia elektrycznego. Elektronom, jak i cząsteczkom wody, jest
obojętne, w którym kierunku się poruszają. W dobrym przewodniku jest tak zawsze. Kierunek przepływu
prądu w rurociągu przedstawionym na rys. 5 a jest ustalony przez kierunek wirowania pompy. Kierunek
przepływu prądu elektrycznego jest określony przez polaryzację baterii. Pamiętamy, że strumień elektronów
płynie zawsze od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego.

Jak rysować obwód prądu elektrycznego?

Rysunek 6

Prosty zamknięty obwód prądu elektrycznego, złożony z baterii i odbiornika przedstawiono na rys.
6a.Odbiornikiem może być np. drut rezystywny żelazka elektrycznego lub rezystancja żarówki rowerowej.
Rysując obwód elektryczny, elektronik przedstawia odbiornik tak samo jak

rezystor

i oznacza go przez

Rv (rezystancja odbiornika) lub przez RL (rezystancja obciążenia). Na rysunku 6 a napięcie baterii
oznaczono literą U. Napięcie to jest doprowadzone przewodami do rezystora RL. Bateria ma biegun dodatni

i biegun ujemny. Widzimy także, że w obwodzie płynie prąd /, którego wartość możemy mierzyć dołączając
przyrząd do dwóch końców przerwanego przewodu. Prąd płynie wtedy również przez przyrząd pomiarowy.
Na rysunku 6 b przedstawiono układ, z którym często spotykamy się w praktyce. W tym układzie odbiornik w
postaci żarówki rowerowej jest zasilany napięciem baterii. Prąd płynący przez żarówkę jest wskazywany
przez przyrząd pomiarowy. W ten sposób mierzymy prąd odbiornika, czy też obciążenia (żarówki). Obwód
prądu jest tu zamykany wyłącznikiem. Po zamknięciu wyłącznika w obwodzie płynie prąd. Przepływ prądu
przerywamy przez ustawienie wyłącznika w pozycji „wył". W takim położeniu wyłącznika prąd nie może
płynąć. Ważne jest, że w zamkniętym obwodzie elektrycznym prąd może płynąć bez przeszkód. Nie istnieje
wówczas żadna przyczyna, uniemożliwiająca przepływ prądu.

przewodnika (opornika), a natężeniem prądu przez ten przewodnik płynącego.

Sformułowanie prawa Ohma
Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest stały.

Wzór na prawo Ohma - postać 1

I - natężenie prądu (w układzie SI w amperach – A)
U - napięcie między końcami przewodnika (w układzie SI w woltach – V)

Wzór na prawo Ohma - postać 2

Inaczej prawo Ohma można sformułować także w postaci zapisu symbolicznego:

I ~ U (I jest proporcjonalne do U)

Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia.

Charakterystyka prądowo napięciowa przewodnika spełniającego prawo Ohma

Charakterystyka prądowo napięciowa przewodnika spełniającego prawo Ohma jest linią prostą.

Interpretacja prawa Ohma

Prawo Ohma mówi nam, że natężenie płynącego przez przewodnik prądu dokładnie „nadąża” za zmianami
napięcia. Gdy napięcie wzrasta 2-krotnie, wtedy wywołany tym napięciem przepływ prądu też osiągnie
natężenie 2 razy większe, gdy napięcie wzrośnie 5 krotnie, to natężenie prądu też powinno wzrosnąć 5 razy
w stosunku do wartości początkowej.

Jeszcze inaczej mówiąc:

Natężenie prądu, będące efektem przyłożonego napięcia, zachowuje się proporcjonalnie do swojej
przyczyny.

Prawo Ohma jest spełniane przez część materiałów – głównie przez metale i materiały ceramiczne. Jest
jednak dużo substancji które prawa Ohma nie spełniają, czyli natężenie przepływającego przez nie prądu
zmienia się w sposób nieproporcjonalny do napięcia.

Kiedy prawo Ohma jest spełnione?

Prawo Ohma jest prawem materiałowym (nie uniwersalnym), co oznacza, że sprawdza się tylko dla
niektórych materiałów - substancji. Poza tym prawo to jest słuszne tylko w określonych napięć i przy
ustalonych warunkach zewnętrznych (np. stała powinna być temperatura).

Prawo Ohma jest spełniane głównie przez metale i materiały ceramiczne. Jest jednak dużo substancji, które
prawa Ohma nie spełniają, czyli natężenie przepływającego przez nie prądu zmienia się w sposób
nieproporcjonalny do napięcia. Poza tym stosowalność prawa Ohma może istotnie zależeć od zakresu
napięć - np. w typowych sytuacjach przy małych napięciach natężenie jest proporcjonalne do napięcia, ale
po przejściu w zakres dużych napięć, proporcjonalność się załamuje. Na rysunku poniżej przedstawione są
charakterystyki materiałów, które nie spełniają prawa Ohma.

Rysunek - przykład charakterystyk materiałów NIE spełniających prawa Ohma.

I prawo Kirchhoffa

Wprowadzenie

I prawo Kirchhoffa odnosi się do sytuacji gdy prąd płynący w jakimś układzie ulega rozgałęzieniu, czyli gdy
przewody z prądem łączą się w jakimś punkcie..

Ponieważ ładunki elektryczne nie mogą znikać, ani powstawać z niczego, a standardowy przewodnik
właściwie nie potrafi ich gromadzić (wyjątkiem są kondensatory), to jasne jest, że:

Jeśli w jakimś czasie do rozgałęzienia dopłynął ładunek q, to w tym samym czasie z tego rozgałęzienia
musiał również taki sam ładunek q odpłynąć.

Ponieważ jednak ładunek wpływający, czy wypływający w jednostce czasu to nic innego jak natężenie prądu
I, więc prawo to można sformułować odwołując się do tego pojęcia natężenia prądu:

Sformułowanie I prawa Kirchhoffa

Suma natężeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natężeń prądów wypływających z
tego rozgałęzienia.

Powyższe prawo można zapisać wzorem:

I

wpływające

1 + I

wpływające2

+ I

wpływające3

+ ... = I

wypływające1

+ I

wypływające2

+ I

wypływające3

+ ...

Bardziej zwięzły wzór można otrzymać dzięki posłużeniu się znakiem sumowania – sigma Σ. Tutaj np. Σ

Iwpływające oznacza sumę natężeń wszystkich prądów wpływających.

Σ I

wpływające

= Σ I

wypływające

Przykład 1

Prądy wpływające do rozgałęzienia (należy zwrócić uwagę na zwroty strzałek)

Σ I

wpływające

= 2A + 3A + 5A = 10A

Σ I

wypływające

= 7A + 3 A

Σ I

wpływające

= Σ I

wypływające

Przykład

2

Dla sytuacji na rysunku:

I1 + I2 + I3 = I4 + I5 + I6

Bo z zaznaczeń strzałkami wynika, że prądy I1, I2, I3 wpływają do rozgałęzienia, a prądy I4, I5, I6 z niego
wypływają.

II prawo Kirchhoffa

Drugie prawo Kirchhoffa jest uzupełnieniem pierwszego prawa Kirchhoffa. Oba te prawa łącznie pozwalają
na tzw. „Rozwiązywanie obwodów”, czyli na obliczaniu natężeń prądów płynących w różnych gałęziach
obwodu, dzięki znajomości oporów i sił elektromotorycznych źródeł.

II prawo Kirchhoffa odnosi się do spadków napięć na elementach obwodu. Wynika ono ze zrozumienia faktu,
że napięcia w obwodzie nie biorą się znikąd. Jeżeli gdzieś na oporniku jest jakieś napięcie, to znaczy, że
musi też gdzieś istnieć źródło które wywołało prąd przepływający przez opornik. I wszystkie napięcia
pochodzące od źródeł muszą sumować się z napięciami odkładającymi się na opornikach.

Sformułowanie II prawa Kirchhoffa

II prawo Kirchhoffa można sformułować na kilka sposobów. Oto pierwszy z nich:

W obwodzie zamkniętym suma spadków napięć na wszystkich odbiornikach prądu musi być równa sumie
napięć na źródłach napięcia.

Przykład 1

Na rysunku podłączono woltomierze do źródła prądu oraz dwóch oporników – odbiorników prądu. Jaki
związek zachodzi między napięciami przez nie wskazywanymi?
Ten przykład jest prosty, bo mamy tu tylko jedno źródło prądu.

Jeśli napięcie na źródle oznaczymy UE , a napięcia na opornikach odpowiednio U1 i U2 , to prawdziwy

będzie związek:

UE = U1 + U2

Czyli np.

UE = 6 V

U1 = 4 V
U2 = 2 V

Lub

UE = 6 V

U1 = 1 V
U2 = 5 V

Łącznik elektryczny

Łącznik służy do zamykania i rozłączania obwodu elektrycznego. Przy włączaniu prądu obydwa kontakty
stykają się ze sobą przewodząc prąd, przy wyłączaniu następuje ich rozdzielenie, (otwarcie) i przerwanie
przepływu prądu.

Rysunek 8

Najprostszy łącznik w stanie otwartym przedstawiono na rys. 8a. Jeżeli obwód elektryczny nie jest przerwany
i prąd może płynąć, to obowiązuje symbol z rys. 8b. Istnieją również łączniki, w których jedna dźwigienka
przełącza 2 lub więcej łączników. Są to tak zwane łączniki 2-biegunowe lub wielobiegunowe. Symbol
łącznika dwubiegunowego widoczny jest na rys. 8c. Podwójna linia wskazuje, że oba segmenty
przełączające są połączone mechanicznie, a nie elektrycznie.
Łącznik jednobiegunowy, który w jednej pozycji łączy z biegunem jednego obwodu, a w pozycji drugiej z
biegunem drugiego, przedstawia rys.8d. Taki łącznik nazywamy przełącznikiem, gdyż przełącza bieguny
dwóch różnych obwodów. Podobny przełącznik Z dwoma kompletami kontaktów przełączających oznacza
się symbolem pokazanym na rys. 4-3e. Jeżeli łącznik ma jeszcze więcej biegunów, to jest nazywany
łącznikiem wielopozycyjnym lub wielostopniowym. Przełącznik umożliwiający połączenie jednego bieguna z
każdym z pozostałych sześciu biegunów przedstawiono na rys. 8f. Strzałka oznacza kierunek obrotu
przełącznika. Takie przełączniki wielopozycyjne mogą być Zestawiane w sekcje lub tzw. piętra I po
odpowiednim połączeniu kontaktów mogą realizować skomplikowane funkcje przełączające.
Dwubiegunowy wielopozycyjny (dwusekcyjny) przełącznik przedstawia rys. 8g. Oczywiście, w takim
przełączniku nie wszystkie kontakty muszą być wykorzystane I dawać połączenia obwodów elektrycznych.
Często można spotkać się również z łącznikami, które pozostają w stanie zamkniętym tak długo, jak długo
naciskamy przycisk! toteż nazywamy Je przyciskami (np. przycisk dzwonkowy). Symbol stosowany w tym
przypadku podano na rys. 8h.

Na zdjęciu 9 widać pięć często spotykanych typów łączników. Poniżej rysunek 10 przedstawia te same
łączniki w postaci symboli.

Zdjęcie 9

Rysunek 10

Rysunek 10d zawiera skróconą wersje zdjęcia 9d, różnica polega na ilości łączników. Na zdjęciu 9d mamy
do czynienia z ośmioma a na rysunku 10d z czterema.

Każdy rodzaj łącznika ma swoje określone przeznaczenie. Łącznik może być łatwo uszkodzony przy
przeciążeniu styków zbyt dużym prądem, co prowadzi do ich wypalania. W przypadku zbyt dużego napięcia
może wystąpić w łączniku przebicie. Każdy producent podaje dopuszczalny prąd i maksymalne napięcie dla
produkowanych typów łączników.

Elektronik potrzebuje łacznika aby:
— włączyć i wyłączyć prąd (lub napięcie),
— przełączyć zakresy przyrządu wielozakresowego,
— włączyć napięcie na swym stanowisku laboratoryjnym,

Przekaźnik

Przekaźnik jest dla elektronika po prostu „zdalnie sterowanym łącznikiem" i ma takie same możliwości
dokonywania połączeń. W konstrukcjach elektronicznych są miejsca, w których musi być wbudowany
łącznik, jednak są one tak usytuowane, że dostęp i obsługa ręcznego łącznika jest utrudniona. W takich
właśnie miejscach elektronik stosuje przekaźnik. Przypadek taki ma prawie zawsze miejsce wtedy, gdy
istnieje potrzeba uniknięcia długich przewodów pomiędzy ręcznym przełącznikiem a płytką układów
elektronicznych, gdyż mogą one wprowadzić zakłócenia.

Rysunek 19. Trzy różne symbole przekaźników.

Przekaźnik składa się z zestawu kontaktów, które są przełączane pod wpływem pola magnetycznego
wytwarzanego w cewce magnetycznej. Cewka taka jest zasilana ze źródła napięcia włączanego i
wyłączanego poprzez łącznik sterowany ręcznie. Łącznik wyzwalający może być przy tym umieszczony
dowolnie daleko od sprzężonego z nim za pomocą przewodów przekaźnika. Typowy przekaźnik ma tylko
dwa charakterystyczne stany położenia styków określone stanem cewki przewodzącej prąd lub będącej w
stanie bezprądowym. Bardzo bogaty może być natomiast zestaw kontaktów, w które wyposażony jest
przekaźnik. Elektroniczny schemat zastępczy najprostszego przekaźnika przedstawia rys. xx

Rysunek 20. Wewnętrzna budowa przekaźnika.

Na rysunku 21 można obejrzeć rozmaite rodzaje przekaźników. Jak widać, przekaźniki mogą się znacznie
różnić między sobą wielkością, o której decyduje liczba kombinacji kontaktów oraz wartość prądu, dla
którego te kontakty zostały wykonane. Im większy prąd, tym większy musi być kontakt przełączający, Odstęp
pomiędzy kontaktami zależy od wartości dopuszczalnego napięcia.
Specjalnym typem przekaźnika jest tzw. przekaźnik spolaryzowany. O ile cewka normalnego przekaźnika
może być zasilana zarówno napięciem stałym, jak i przemiennym, to cewka przekaźnika spolaryzowanego
może być zasilana tylko napięciem stałym. Stan włączania lub wyłączania takiego przekaźnika zależy od
polaryzacji napięcia cewki sterującej. Posłużmy się tu przykładem. Do pierwszego doprowadzenia cewki
dołączony został biegun ujemny, a do drugiego doprowadzenia biegun dodatni. Wtedy kontakt zostaje
przesunięty do stanu „włączony". Jeżeli teraz bateria zostanie odłączona, to magnes trwały nadal utrzymuje
uprzedni stan kontaktu, przy czym nie ulegnie on zmianie również przy ponownym zasileniu cewki napięciem
o niezmienionej biegunowości. Dopiero wtedy, gdy do pierwszego doprowadzenia dołączymy dodatni
biegun, a do drugiego doprowadzenia ujemny biegun baterii, przekaźnik zmieni stan kontaktu (wyłączony) i
będzie go utrzymywał aż do ponownej zmiany biegunowości napięcia zasilającego cewkę.

Rysunek 21.

Elektronik stosuje przekaźnik do:
— zastąpienia nim łącznika w trudno dostępnym miejscu,
— wykonywania przełączeń dużych prądów przy małej mocy sterowania (cewka),
— eliminowania zakłóceń pochodzących od długich doprowadzeń do przełącznika,
— dokonywania skomplikowanych przełączeń prostym łącznikiem,
— budowy przekaźnikowych „układów logicznych" (przekaźnik realizuje zmienną logiczną „tak - nie").

Bateria

Bateria jest często używanym elementem elektronicznym. Jest obecna niemal wszędzie. Zasilamy ją
telefony, odtwarzacze mp3, latarki, zegarki....itp. Jak wiemy baterie mogą mieć różne rozmiary napięcia i
pojemności. Pojemność baterii mierzy sie w mAh czyli miliamperogodzinach. Np.: bateria oznaczona 3.6V
Li-ion 750 mAh. Jest to bateria Litowo-jonowa o napięciu znamionowym 3.6 Volta a jej pojemność to 750
miliamperpgodzin. Czyli maksymalny prąd jaki możemy z niej czerpać wynosi 750 mA (miliamperów) przez
jedną godzinę. Obrazek poniżej przedstawia symbol baterii a zdjęcie różne typy dostępnych baterii.

Symbol graficzny baterii

Niektóre typy baterii

.

Rezystor

Rezystor jest dla elektronika najprostszym stosowanym elementem. Bardzo łatwo można przewidzieć
działanie i obliczyć wartość rezystancji rezystora w obwodzie elektronicznym. Jest on również elementem
najczęściej używanym — najtańszym, a przy tym jedną z najważniejszych części układu.

Symbol graficzny rezystora.

Rysunek 11

Rysunek jedenasty przedstawia najczęściej spotykane rezystory. Pierwsza część rysunku ukazuje siedem
rezystorów sklejonych ze sobą po obu stronach tasiemką. Tak są one pakowane fabrycznie. Ze względu na
ich mały rozmiar jest to wygodne rozwiązanie.

Rysunek 12

Rysunek 12 natomiast przedstawia rezystory wykonane w inny sposób. Jak widać mogą one przybierać
różne rozmiary. Rozmiar zależy od mocy rezystora. Czyli prądu i napięcia do jakiego został wykonany. Im
większa moc tym większy rezystor. Np. Rezystory o tej samej wartości rezystancji mogą mieć różne
rozmiary. Dzieje się tak dlatego że jeden jest np. mocy 5 Watt a drugi np. mocy 10 Watt. Rezystor, który jest
bardzo obciążony przepływającym przezeń prądem, silnie się nagrzewa, co w pewnych przypadkach jest
dopuszczalne. Rezystory dużej mocy nawijane są drutem oporowym z konstantanu . Drut ten nie zawsze
musi być widoczny może być pokryty glazurą odporną na temperaturę lub warstwą ceramiczną dodatkowo
lakierowaną. Rezystory o mocy powyżej 4 W są z reguły drutowe.

Zastosowanie rezystorów

Elektronik potrzebuje rezystorów do:
— zmniejszania wartości prądu w obwodzie,
— podziału napięcia w obwodzie,
— uzyskania zmian napięcia poprzez zmiany prądu,
— ochrony elementów,
— symulacji obciążenia (odbiornika),
— technicznych pomiarów rezystancji. Bez rezystancji nie mogą funkcjonować żadne układy elektroniczne.

Rezystory nastawne ręcznie

Dotychczas zajmowaliśmy się tylko rezystorami, które miały jedną ustaloną wartość rezystancji. Elektronik
stosuje jednak bardzo często rezystory o regulowanej, tzn. płynnie nastawianej rezystancji. Symbol takiego
rezystora podano na rys. 13.

Rysunek 13

Nastawienie polega na przesuwaniu ręką, bądź za pomocą jakiegoś mechanicznego napędu, suwaka
ślizgającego się po rezystywnej ścieżce. Umożliwia to uzyskanie różnych wartości rezystancji za pomocą
jednego elementu.,
Na rysunku 13b przedstawiono regulowany rezystor w tzw. „układzie potencjometrycznym" lub układzie
dzielnika napięcia. Również i ten sposób połączeń rezystora nastawnego jest bardzo często spotykany w
elektronice. Spotyka się go na przykład jako regulator głośności w radioodbiorniku lub jako regulator jasności
w telewizorze. Takie potencjometry mają zazwyczaj kąt obrotu równy 270° i stosowane są w ten sposób, że
w lewym skrajnym położeniu dają na wyjściu napięcie równe zero, a w prawym skrajnym położeniu napięcie
wyjściowe osiąga wartość maksymalną.
Na rysunku 13c widzimy tzw. trymer rezystancyjny, który w obwodzie elektronicznym spełnia rolę identyczną
jak potencjometr. Przy oznaczaniu potencjometru na schematach można stosować pomocnicze symbole
literowe. Napięcie wejściowe to napięcie pomiędzy punktem P (początkowe położenie suwaka — 0°), a
punktem K (końcowe położenie suwaka — 270°). Oznaczenie S przypisane jest suwakowi. Czasami litery P,
K i S są naniesione na potencjometrze w pobliżu odpowiednich punktów przyłączowych.

Rysunek 14. a - rezystor nastawny, b - potencjometr, c - trymetr.

Zastosowanie rezystorów nastawnych ręcznie

W elektronice bardzo często wymaga się zmiany przebiegów i parametrów wielkości wyjściowych, co wiąże
się z potrzebą przestrajania układu. Do tego celu służą właśnie potencjometry regulacyjne pozwalające
użytkownikowi na ustawienie z zewnątrz siły głosu, wielkości napięcia, częstotliwości itp. Potencjometry
służą również do wewnętrznego zestrajania układu i zmiany jego parametrów. Może okazać się na przykład
konieczne zlikwidowanie za pomocą nastawianej rezystancji (potencjometru) zbyt dużych tolerancji innych
elementów. Nieraz istnieje potrzeba dokładnego ustawienia punktu pracy tranzystora i w tym przypadku
potencjometr może okazać się użyteczny. Inny przykład: regulowany rezystor może posłużyć do dostrojenia
punktu zadziałania fotorezystora sterującego włączaniem światła przy zapadającym zmroku.
Podsumowując: nastawiany rezystor jest niezastąpiony do kompensacji tolerancji elementów i ustalania
punktów pracy układu.

Rezystory o rezystancji zmienianej przez światło, ciepło lub wielkości

elektryczne

Istnieje wiele różnych odmian rezystorów, które elektronik stosuje w określonym celu. Należą do nich:
rezystory NTC — termistory rezystory PTC rezystory VDR — warystory rezystory LDR — fotorezystory
rezystancyjne czujniki pola.
Dla rezystorów NTC, PTC oraz VDR obowiązuje oznaczenie przedstawione na rys. 15a. Symbol rezystora
LDR jest podany na rys. 15b, a czujnika pola — na rys. 15c.
Jakie własności mają wymienione typy rezystorów? Przede wszystkim należy stwierdzić, że prawo Ohma nie
ma w odniesieniu do nich charakteru ogólnego, a obowiązuje tylko w jakimś określonym punkcie pracy. Dla
każdego z punktów pracy musi być określona indywidualnie wartość rezystancji Rezystor VDR — zwany
warystorem — cechuje rezystancja zależna od występującego na nim napięcia. Oznaczenie literowe VDR
pochodzi z języka angielskiego i jest skrótem od słów Voltage Dependent Resistar. Przy małych napięciach
warystor zachowuje się jak rezystor normalny. Przy napięciach większych jego rezystancja maleje.

Rysunek 15

Oznaczenie literowe rezystora PTC jest skrótem angielskich wyrazów Positiv Temperatur Coeffizient (dodatni
współczynnik temperaturowy). Rezystancja tego elementu w stanie zimnym jest niewielka. Jeżeli natomiast
zostanie on podgrzany, to wartość rezystancji wzrasta. Dobrym przykładem rezystora PTC jest włókno
żarowe żarówki lub tzw. bareter.
Rezystory NTCi charakteryzuje ujemny współczynnik temperaturowy (ang. Negative Temperatur Coeffizient).
Takie rezystory w stanie zimnym mają dużą rezystancję. Jeżeli natomiast będzie się je podgrzewało
(przepuszczając przez nie prąd elektryczny lub pod wpływem zewnętrznego źródła ciepła), ich rezystancja
będzie malała.
Fotorezystory — rezystory LDR (ang. Light Dependent Resistor) są elementami typu półprzewodnikowego.
Oznacza to, że do ich produkcji stosuje się jako materiał rezystywny substancję podobną do tej, jakiej używa
się do diod i tranzystorów. Rezystancja takiego elementu zależy od natężenia promieniowania świetlnego,
która na nie pada.
Rezystancyjne czujniki pola znajdują ostatnio coraz większe zastosowanie. Tego rodzaju elementy zmieniają
swą rezystancję przy zmianie pola magnetycznego, na przykład pod wpływem zbliżającego się lub
oddalającego magnesu trwałego. Na rysunku 4-19 możemy zobaczyć jak wyglądają rezystory, których
rezystancja zależy od prądu, napięcia, światła lub pola magnetycznego. Jak wynika z fotografii,
poszczególne elementy mogą się znacznie różnić wielkością, co wynika z szerokiego zakresu ich
zastosowań. Rozmaite są również formy wykonania rezystorów specjalnych. Na przykład rezystor VDR
może być pokryty lakierem dla ochrony przed wilgocią. Fotorezystor natomiast nie może być polakierowany,
ponieważ wtedy światło nie padałoby na warstwę światłoczułą. W takim przypadku stosuje się bańkę szklaną
jako ochronę, z czym niestety wiąże się większy rozmiar elementu. Rezystory NTC, PTC oraz VDR
wykonuje się dla rozmaitych wartości prądu i napięcia, stąd duża rozpiętość ich wymiarów. Niektóre z

rezystorów NTC i PTC mają obudowę metalową ze śrubką mocującą, co umożliwia umieszczenie ich na
radiatorze dla chłodzenia przy zbyt wysokich temperaturach. Jeżeli taki rezystor jest stosowany do pomiaru
temperatury, to musi być wykonany tak, aby istniało dobre przewodnictwo cieplne pomiędzy powierzchnią
dotykającą ciała mierzonego a rezystorem. Gdy na przykład za pomocą rezystora PTC będziemy mierzyć
temperaturę oleju lub wody silnika samochodowego, to jego metalowa obudowa może być przykręcona
bezpośrednio do korpusu w miejscu, w którym wymagany jest pomiar. Odpowiedni miernik wyskalowany w
stopniach Celsjusza będzie wskazywał temperaturę jako odpowiednik rezystancji.

Zastosowanie rezystorów specjalnych

Elektronik używa rezystorów specjalnych aby:
— nie dopuścić do iskrzenia styków (VDR),
— ograniczyć wysokie napięcie na indukcyjnościach (VDR),
— stabilizować napięcia przemienne (VDR),
— mierzyć temperaturę (rezystory PTC lub NTC),
— ograniczyć szybkość narastania prądu w czułych elementach (NTC),
— przeciwdziałać zmianie parametrów elementów pod wpływem temperatury w układach precyzyjnych (np.
pomiarowych) — rezystor NTC lub PTC,
— zbudować miernik oświetlenia do aparatu fotograficznego — fotorezystor LDR,
— automatycznie włączyć światło przy zapadających ciemnościach — fotorezystor LDR,
— zbudować barierę świetlną — fotorezystor LDR,
— liczyć przechodzących ludzi lub przesuwające się przedmioty na transporterze — fotorezystor LDR,
— mierzyć natężenie pola magnetycznego — rezystorowy czujnik pola.

Budowa rezystorów

W ogromnej większości przypadków rezystory wykonywane są w postaci walca, z końców którego
wyprowadzone są końcówki drutowe. Końcówki te są przymocowane do zaciskanych mosiężnych kapturków
zapewniających właściwy kontakt z rezystywną warstwą, węglową lub metalową. Cały rezystor jest pokryty
warstwą lakieru ochronnego.

Rysunek 16. 1 - warstwa lakieru ochronnego, 2 - kontakt ,.kapturków", 3 - cześć izolowana ceramicznie, 5 -

ścieżka węglowa - warstwa rezystywna, 6 - doprowadzenie kapturowe, 7 - izolacja ceramiczna, 8 - spiralna

ścieżka wolframowa (warstwa rezystywna).

Na rysunku 16a przedstawiono wewnętrzną budowę rezystora. Na jego podstawie można zorientować się,
że końcówki drutowe są przylutowane do kapturków. Można również zobaczyć, że warstwa węglowa
położona jest na ceramicznym korpusie izolacyjnym.
Takie wykonanie spotyka się przede wszystkim w rezystorach niskoomowych (o małej rezystancji). Przy
większych rezystancjach istnieje potrzeba nacięcia na obwodzie walca ścieżki oporowej o małym przekroju i
dużej długości — widzimy to na rys. 16a. Na rysunku 16c pokazano rezystor drutowy — często stosowany,
gdy potrzebna jest większa moc. Ola ochrony uzwojenie drutowe pokrywa się warstwą glazury ceramicznej.
Temperatura takich rezystorów przy pracy z pełnym obciążeniem prądowym bywa bardzo wysoka
przekraczająca 100°C. Może to powodować, że zamocowane w pobliżu elementy, nieodporne na wysoką
temperaturę, ulegną przegrzaniu i uszkodzeniu. Takie rezystory trzeba umieszczać w miejscu, z którego z
całą pewnością ciepło jest dobrze odprowadzane.

Kod barw

Do niedawna rozpowszechniony był sposób oznaczania rezystorów przez drukowanie na nich wartości
liczbowej rezystancji. Na przykład 2,2 kΩ (10%). Obecnie większość rezystorów oznaczona jest za pomocą
tzw. kodu barw, polegającego na nanoszeniu na rezystor czterech barwnych pierścieni. Kod barw ma tę
zaletę — oczywiście jeżeli został przez elektronika dobrze opanowany, że zawsze pozwala na łatwe
określenie rezystancji. Gdy stosuje się nadruk wartości liczbowych, to mogą okazać się one niewidoczne
przy niewłaściwym wlutowaniu rezystora. Oto jak oznacza się rezystory za pomocą kodu barw. Pierwsze
dwa pierścienie podają współczynnik liczbowy rezystancji (pierwszy pierścień położony na początku korpusu
rezystora). Pierścień trzeci oznacza mnożnik dziesiętny, a więc 10,100,1000 itd. Czwarty pierścień określa
tolerancję. Tabela na rys. 17 wyjaśnia to szczegółowo.

Rysunek 17

Kondensator

Obok rezystora i tranzystora również kondensator należy do grupy najważniejszych elementów elektroniki.
Znajduje on rozliczne zastosowania, z czym wiążą się rozmaite formy wykonania kondensatorów. Symbol
graficzny zwykłego kondensatora przedstawiono na rys. 29a. Symbol z rys. 29b dotyczy kondensatora typu
trymer używanego w obwodach elektronicznych do jednorazowego dostrojenia pojemności. Oznaczenia z
rys. 29c są stosowane do kondensatorów elektrolitycznych, a symbol z rys. 29d dla kondensatora
obrotowego. Tego ostatniego używa się w radioodbiorniku do wyboru stacji nadawczej.

Rysunek 29

Kondensator pełni w obwodach elektronicznych rolę magazynu ładunku elektrycznego i elementu
„pamiętającego" napięcie. Udowodnimy to przy pomocy prostego doświadczenia. Dołączmy kondensator
elektrolityczny 1000 μF do bateryjki 4,5 V; spostrzeżemy przy okazji iskrzenie w miejscu styku doprowadzeń,
co oznacza ładowanie. Odłączmy następnie naładowany kondensator od bateryjki i podłączmy do niego
natychmiast woltomierz. W pierwszym momencie wskaże on napięcie 4,5 V, z upływem czasu będzie ono
coraz mniejsze. Dla prądu stałego kondensator stanowi zaporę, dla prądu przemiennego natomiast
reprezentuje określoną reaktancję (tzn. odpowiednik rezystancji dla prądu zmiennego), której wartość zależy
od pojemności kondensatora i częstotliwości napięcia przemiennego wywołującego w nim przepływ prądu.

Rysunek 30. a - kondensatory ceramiczne, b - kondensatory elektrolityczne.

Warto zwrócić uwagę na to, jak rozmiary kondensatora zależą od jego pojemności - im większa pojemność,
tym większy kondensator. Na rysunku 31 przedstawiono kondensator powietrzny typu trymer stosowany w
nadajnikach i odbiornikach krótkofalarskich wysokiej jakości. Zmiana pojemności w takim kondensatorze jest
uzyskiwana przez obrót za pomocą śrubokręta pakietu płytek tworzących tzw. rotor.

Rysunek 31

Do tej samej rodziny należą również trymery ceramiczne. Rolę izolacji spełnia w tym przypadku wkładka
ceramiczna. Kondensatory te stosuje się w obwodach antenowych radioodbiorników i telewizorów. Również
kondensatorki o małych pojemnościach wykonuje się jako ceramiczne Rys. 30a.
Kondensatory o dużych pojemnościach od 1—10 000 μF to kondensatory elektrolityczne - rys. 30b.
Kondensatory elektrolityczne na wysokie napięcia, np. 350/385 V, wykonywane w obudowie kubkowej
przedstawia rys. 32.

Rysunek 32. Budowa kondensatora elektrolitycznego.

Kondensatory elektrolityczne wymagają właściwej polaryzacji. W niektórych kondensatorach biegun ujemny
jest na obudowie, w innych oba doprowadzenia są oznaczone +/— Kondensatory elektrolityczne nie mogą
być stosowane dla napięć przemiennych, w odróżnieniu od kondensatorów normalnych, które mogą
pracować przy dowolnej polaryzacji.

Elektronik używa kondensatorów do:
— odcinania napięć stałych w obwodzie,
— przepuszczania napięć przemiennych, zwierania napięć przemiennych,
— pomiaru czasu, stosując rozładowanie kondensatora,
— budowania obwodów oscylacyjnych z cewką,
— budowania filtrów rezystancyjno - pojemnościowych dla określonych częstotliwości,
— eliminowania napięć zmiennych po wyprostowaniu - filtracji,
— sprzęgania pomiędzy stopniami wzmacniacza.

Cewka

Cewka indukcyjna - to element spotykany w elektronicznych obwodach napięcia i prądu zmiennego. Dla
napięcia stałego cewka przedstawia tylko rezystancję drutu miedzianego, którym została uzwojona.
Rezystancja ta zazwyczaj mieści się w granicach 0,1 Ω—10 kΩ (na ogół poniżej 50 Ω). Przy zasilaniu
napięciem przemiennym cewka przedstawia tzw. reaktancję, której wartość wzrasta proporcjonalnie do
częstotliwości napięcia. Często cewka ma rdzeń żelazny (podobny do rdzenia transformatora) lub rdzeń
ferrytowy. Ferryt to rodzaj proszku z tlenku żelaza sprasowanego z substancją wiążącą. Cewka mająca np.
10 zwojów zachowuje się po włożeniu rdzenia ferrytowego tak, jakby posiadała tych zwojów znacznie więcej.
Jej indukcyjność znacznie wzrasta. W wielu przypadkach rdzeń ferrytowy lub żelazny daje się wkręcać lub
wykręcać ze środka szpuli, na którą cewka została nawinięta.

Otrzymuje się w ten sposób cewkę o nastawianej indukcyjności. Jak wynika z podanych informacji,
indukcyjność będąca podstawową wielkością charakteryzującą cewkę, zależy od liczby zwojów (im więcej
zwojów, tym indukcyjność większa) oraz od rozmiarów i położenia rdzenia żelaznego. Symbol cewki
przedstawiono na rys. 34a. Na rysunku 34b widzimy symbol cewki o rdzeniu umożliwiającym dostrajanie
indukcyjności, a na rys. 34c cewkę o indukcyjności nastawianej za pomocą rdzenia.

Rysunek 33

Fotografia 34 ukazują cewki z rdzeniem ferrytowym oraz powietrzne stosowane w elektronice.

Rysunek 34

Elektronik stosuje cewki do:
— odcinania w obwodzie napięć przemiennych,
— przepuszczania napięć stałych,
— zwierania napięć stałych,
— pomiaru czasu na podstawie zanikania prądu,
— budowania obwodów oscylacyjnych,
— budowania filtrów na określone częstotliwości,
— do filtracji wyprostowanych napięć i prądów,
— sprzęgania stopni wzmacniaczy.
Jak wynika z tego wyszczególnienia, cewka ma analogiczne możliwości stosowania jak podane dla
kondensatora; nie oznacza to jednak, że elementy te można w układzie wzajemnie zastępować.

Transformator

Transformator jest stosowany w elektronice do sprzęgania obwodów napięć przemiennych bez
galwanicznego połączenia ich. Powstaje on przez umieszczenie co najmniej 2 cewek na jednym rdzeniu
żelaznym lub ferrytowym tworzącym wspólny obwód magnetyczny dla obu uzwojeń. Symbol transformatora
przedstawiono na rys. 35.

Rysunek 35

Uzwojenie, które jest zasilane ze źródła napięcia nosi nazwę pierwotnego. Uzwojenie, z którego napięcie
odbieramy — to uzwojenie wtórne. Transformator może zmieniać wartość napięcia, może je powiększać lub
zmniejszać. Załóżmy, że do uzwojenia pierwotnego transformatora mającego 100 zwojów doprowadzono
napięcie przemienne 10 V. Jeżeli uzwojenie wtórne ma również 100 zwojów, to mierzone na nim napięcie
będzie wynosiło 10 V. Przy 200 zwojach uzwojenia wtórnego woltomierz wskaże 20 V. Mówimy o
transformacji napięcia z 10 V na 20 V. Gdyby uzwojenie wtórne miało tylko 10 zwojów, to napięcie na nim
wynosiłoby 1 V. Na rysunku 36 widzimy wybór transformatorów różnego rodzaju. Rozmiar transformatora
zależy od wymaganej mocy i liczby potrzebnych uzwojeń. Rdzeń żelazny prezentowanych transformatorów
składany jest z pojedynczych cienkich blaszek zwykle o grubości 0,3 mm.

Rysunek 36

Rysunek 37

Rysunek 37 przedstawia zależności występujące w transformatorze. Oczywiście w prawdziwym
transformatorze powstają straty, są to obliczenia dla transformatora idealnego. Na rysunku widzimy ilość
zwoi w uzwojeniu pierwotnym wynosi 4 a w uzwojeniu wtórnym 8. stosunek napięć równy jest stosunkowi

zwoi, jak wynika z zapisu na rysunku 37. A więc na tym przykładzie na uzwojeniu wtórnym uzyskamy
podwójne napięcie uzwojenia pierwotnego 8/4=2.

Elektronik stosuje transformator do:
— transformacji napięć,
— transformacji prądów,
— transformacji rezystancji,
— uzyskiwania wysokich napięć.

Dioda

Dioda swym wyglądem może przypominać rezystor, gdyż posiada podobnie jak i on dwie końcówki
(doprowadzenia). Jedna z nich nazywa się anodą a druga katodą. Na obudowie diody w pobliżu katody
znajduje się odpowiedni znaczek często mający postać barwnej obrączki, co chroni przed pomyleniem
końcówek. Diodę często określa się mianem „zaworu elektrycznego", ma to swoje uzasadnienie. Prąd
elektryczny może przepływać przez diodę tylko wtedy, gdy anoda jest spolaryzowana dodatnio względem
katody.
Wielkość wytwarzanych diod jest zróżnicowana i zależy od wartości prądu, do którego dany typ diody jest
przystosowany. Często diody nazywa się prostownikami. Jest to słuszne tylko wtedy, gdy diodę stosuje się
do prostowania napięć lub prądów.

Rysunek 22

Na rysunku 22a podano symbole graficzne diody z dodatkowymi oznaczeniami anody (A) i katody (K).
Istnieją specjalne typy diod. I tak np. rys. 22b przedstawia symbol fotodiody, której prąd nasycenia w stanie
zaporowym zależy od natężenia oświetlenia.
Rysunek 22c pokazuje symbol diody Zenera stosowanej do stabilizacji napięć elektrycznych. Dioda z rys.
22d to dioda pojemnościowa. Zmieniając napięcie zaporowe pomiędzy anodą i katodą zmienia się
pojemność kondensatora tworzonego przez złącze półprzewodnikowe. Za pomocą takiej diody można
uzyskać przestrajanie częstotliwości odbiornika eliminując dawniej stosowany duży kondensator obrotowy.
Istnieją jeszcze inne typy diod, którymi tutaj nie będziemy się zajmować. Charakterystyczne kształty diod
różnych typów pokazuje rys. 4-25. Na fotografii dostrzegalny jest barwny pierścień oznaczający katodę. Na
rysunku 24 widać diodę na większe prądy, tzw. diodę mocy. Ponieważ przy pełnym obciążeniu prądem mogą
się one nagrzewać, trzeba stosować ich chłodzenie. W tym celu metalową obudowę diod przykręca się do
radiatora - blachy odprowadzającej ciepło do otoczenia.

Rysunek 23

Rysunek 24

Na rysunku 25 pokazano jeszcze jeden typ diod -

diody luminescencyjne (LED)

, które świecą gdy

przepływa przez nie prąd, w zależności od wykonania na czerwono, zielono lub pomarańczowo. Wielkość
tych diod zależy od rozmiarów wymaganej powierzchni świecącej.

Rysunek 25

Elektronik stosuje diody do:
— zmiany napięć przemiennych w napięcia stałe (prostowania),
— uzyskania sygnału z anteny do wysterowania głośnika lub lampy kineskopowej (demodulacji),
— otrzymania i stabilizacji małych napięć: 0,2 V (dioda germanowa), 0,6 V (dioda krzemowa),
— pomiaru natężenia światła (fotodioda),
— wytwarzania światła —

dioda luminescencyjna LED

,

— stabilizacji napięć — dioda Zenera,
— odcinania prądów i napięć stałych,
— zwielokrotniania częstotliwości (technika wielkich częstotliwości),
— ograniczania impulsów.
— przekształcania sygnałów elektrycznych.

Tranzystor

Tranzystor to podstawowy, chciałoby się powiedzieć najważniejszy element elektroniki. Stosowane symbole
tranzystora podane są na rysunkach 26a i 26b. Przy obu sposobach rysowania symbolu można łatwo
rozpoznać o jaki typ tranzystora chodzi - p-n-p czy n-p-n. Tranzystor ma trzy doprowadzenia oznaczone

symbolami E, C, B nazywają się kolejno:
E — emiter C — kolektor B — baza i są jednakowe dla obu typów tranzystorów.

rysunek 26

Typowy wygląd tranzystorów przedstawia rys. 26. Na rysunku 27 pokazano różne typy tranzystorów, od
najmniejszego po największe (tranzystory mocy).

Rysunek 27

Elektronik stosuje tranzystor do wzmacniania, przetwarzania, prostowania, włączania, osłabiania,