Kurs podstaw elektroniki cz. 2

9 maja 
Zaszufladkowany do: Edukacyjne
Tagi: kurs elektroniki, prąd, rezystory, schematy

Komentarze (2) 

W poprzedniej części poznaliśmy rezystory i diodę LED. Wiemy już co nieco o prawach rządzących światem elektroniki, oraz montowaniu układów. W tym odcinku poszerzymy wiedzę o inne elementy elektroniczne, nauczymy się czytać bardziej skomplikowane schematy oraz poznamy prawa Kirchhoffa i różnice między prądem stałym a zmiennym.

Elementy elektroniczne

Rys. 1 - podstawowe elementy elektroniczne

Na rysunku 1 pokazane są symbole dosyć często używanych elementów elektronicznych. W tle są widoczne obrazki przedstawiające te elementy. Praktycznie każdy symbol jest zbliżony wyglądem lub schematycznie przedstawioną funkcjonalnością do rzeczywistych właściwości elementów np. rezystory na schemacie i w rzeczywistości mają podobny kształt. W poniższym zestawieniu znajdziesz opisane najczęściej używane elementy elektroniczne i ich skrócone opisy:

• Rezystor i potencjometr – rezystor już w części poznaliśmy. Stosuje się go do regulowania prądów i napięć w układzie. Potencjometr to też rezystor, tyle że o regulowanej wartości oporu. Służy np. do regulowania głośności w wzmacniaczach audio.

• Kondensatory to elementy służące do gromadzenia ładunku elektrycznego. Znajdują wiele zastosowań – stosowane są np. w zasilaczach do filtrowania napięć i w generatorach tworzących różne sygnały.

• Diody przewodzą prąd w jedna stronę, dlatego znajdują zastosowanie w prostownikach zamieniających prąd zmienny w stały. Specyficznym typem diody jest dioda LED służąca do wytwarzania światła.

• Cewka to element gromadzący energię w polu magnetycznym. Wraz z kondensatorem tworzy obwód rezonansowy, który znajduje zastosowanie w radiotechnice i filtrach. Cewki stosowane są też w przetwornicach (zasilaczach impulsowych).

• Tranzystory są elementami zdolnymi do wzmacniania sygnałów elektrycznych, dlatego znajdują zastosowanie w wzmacniaczach. Stosuje się je też jako klucze zał/wył. Z ich pomocą budowane są pamięci, procesory i układy scalone, mogące zawierać miliony tych elementów.

• Tyrystor to element znajdujący zastosowanie w sterownikach i automatyce. Jego działanie jest podobne do diody – przewodzi prąd w jedną stronę, ale jego pracą można sterować.

• Transformatory stosowane są do zmieniania poziomu napięć prądu zmiennego (np. z napięcia sieci 230V na napięcie 12V) oraz separacji obwodów – prąd jest przenoszony w polu magnetycznym, bez połączenia elektrycznego.

• Złącza – najmniej elektroniczne elementy w tym zestawieniu. Służą głównie do doprowadzania zasilania i sygnałów do układu, oraz wyprowadzania ich z niego.

• Układy scalone to zminiaturyzowane układy elektroniczne zawierające w swoim wnętrzu od kilku do kilkuset milionów podstawowych elementów elektronicznych takich jak rezystory, kondensatory i tranzystory. Spełniają bardzo różne funkcje – działają jako bramki logiczne, tworzą systemy mikroprocesorowe, pamięci i układy przeznaczone do pracy z sygnałem analogowym.

Tyle informacji wystarczy by orientować się w temacie. W następnych odcinkach kursu podane elementy zostaną dokładniej omówione.

Czytanie schematów

Podstawową umiejętnością jaką musi posiadać każdy elektronik jest czytanie schematów. Znasz już trochę elementów elektronicznych, teraz pora dowiedzieć się jak łączy się je na schematach i jak układ będzie wyglądał po zmontowaniu.

Rys. 2 - Przykładowy schemat z objaśnieniami

Na rysunku 2 jest pokazany pewien przykładowy, praktycznie bezużyteczny schemat elektroniczny. Oto podstawowe zasady, które panują przy ryzowaniu schematów:

Linie oznaczają połączenia elektryczne elementów. Np. jedno z wyprowadzeń kondensatora C1 powinno łączyć się z drucikiem od rezystora R2. Dodatkowo połączone muszą być znaki zasilania. Na przykładowym schemacie są one przy złączu K1, oraz na dole i górze schematu. Zielone linie obrazują jak połączenie powinno być wykonane w rzeczywistym układzie.

Kolejna sprawa – kropki lub ich brak. Jeśli dwie linie na schemacie przecinają się, to kropka oznacza, że elementy są połączone elektrycznie np. końcówki R1, R2 i R3 są połączone z “+” zasilania – VCC. Z drugiej strony połączone są tylko rezystory R1 i R3.

Napisy na schematach to przeważnie oznaczenie elementu lub jego typ lub wartość. Oznaczenie składa się z litery oznaczającej typ (R dla rezystora, D dla diody, C dla kondensatora…) i liczby porządkowej. Wartości elementów (rezystancji dla rezystora, pojemności dla kondensatora, typu układu scalonego) podaje się na schemacie opcjonalnie – mogą być podane tylko w spisie elementów. Dobrze jest jednak to robić – ułatwia to czytanie schematu i zrozumienie działania urządzenia.

Prawa Kirchhoffa

Pierwsze prawo Kirchhoffa głosi, że suma prądów wpływających i wypływających jest równa 0. Inaczej mówiąc, prąd nie może się wziąć “z niczego”, ani zaginąć po drodze. Kilka przykładów:

• Prąd, który wypłynie z “+” baterii do układu wróci do jej “-” w takiej samej ilości.

• Prąd płynący przez rezystor jest taki sam na obu jego wyprowadzeniach. Dla przypomnienia, prąd ten jest regulowany przez opór rezystora – im większa rezystancja, tym mniejszy prąd. Wynika to z prawaOhma.

Drugie prawo Kirchhoffa dotyczy napięć. Suma napięć źródłowych w obwodzie zamkniętym prądu stałego jest równa sumie napięć na odbiornikach. Pora na przykłady:

• Jeśli bieguny baterii połączymy rezystorem, to wystąpi na nim napięcie identyczne jak na zaciskach baterii, tyle że o przeciwnym znaku (suma będzie równa 0).

• Jeśli w tym samym układzie zastosujemy kilka rezystorów, to napięcie rozłoży się na nich zgodnie z ich rezystancją (prawo Ohma).

Łączenie rezystorów

Czasem, gdy brakuje pod ręką odpowiedniego rezystora, można połączyć kilka innych dla uzyskania odpowiedniej wartości oporu. Istnieją dwie możliwości – połączenie szeregowe i równoległe. Oba sposoby pokazuje rysunek 3.

Rys. 3 - sposoby łączenia rezystorów

Wypadkowa rezystancja połączonych szeregowo rezystorów jest równa sumie ich rezystancji:

R_w=R₁+R₂+…+R_n

Z połączeniem równoległym jest trochę więcej zabawy:

1/R_w=1/R₁+1/R₂+…+1/R_n

Istnieje jednak łatwiejszy do wykorzystania wzór dla połączenia dwóch rezystorów:

R_w=(R₁*R₂)/(R₁+R₂)

Dla przykładu obliczmy rezystancję wypadkową dla połączenia szeregowego (R_s) i równoległego (R_r) rezystorów R₁=1kΩ i R₂=560Ω:

R_s=R₁+R₂=1kΩ+560Ω=1560Ω

R_r=(R₁*R₂)/(R₁+R₂)=(1000Ω*560Ω)/(1000Ω+560Ω)=560000Ω/1560Ω=359Ω

Potencjometr

Aby precyzyjnie ustawić odpowiednią rezystancję można użyć potencjometru. Element ten posiada zwykle  trzy wyprowadzenia: dwa skrajne służą do podawania napięć na ścieżkę oporową , a trzecie, środkowe jest dołączone do obrotowego styku, który jeździ po tej ścieżce. Kilka przykładowych potencjometrów możesz zobaczyć na fotografii 4.

Fot. 4 - Potencjometry

odczas kręcenia ośką potencjometru zmienia się rezystancja między jego wyprowadzeniami. W skrajnych położeniach rezystancja między środkową a jedną z bocznych nóżek będzie równa 0. Druga boczna nóżka wraz z środkową zachowa się jak rezystor o wartości takiej jak wartość nominalna potencjometru. W położeniu środkowym w potencjometrze liniowym obie rezystancje będą takie same.

Prąd stały i zmienny

Jak same nazwy mówią, prąd stały ma stałą wartość natężenia, a wartość natężenia prądu zmiennego się zmienia.

Prąd stały posiada stałą wartość natężenia i stały kierunek w którym płynie. Jest używany do zasilania ogromnej większości układów elektronicznych oraz silników prądu stałego. Oznaczany jest DC.

Prąd zmienny, w odróżnieniu od stałego zmienia wartość i kierunek. Może być wykorzystywany do przenoszenia informacji, a jego szczególny rodzaj – prąd przemienny jest wykorzystywany w sieci energetycznej – jest łatwy do wytworzenia i transportu na duże odległości. Większość maszyn o dużej mocy jest zasilana prądem zmiennym (np. silniki, grzałki, żarówki). Oznaczany jest AC.

Na koniec

W tej części nie poznaliśmy zbyt wiele praktycznej wiedzy, ale teoria też jest potrzebna. W następnej bierzemy się już do pracy – poznamy działanie i sposoby wykorzystywania tranzystorów bipolarnych. Dla utrwalenia wiedzy sprawdź czy znasz odpowiedzi na kilka prostych pytań postawionych w ćwiczeniach.

Linki dla ciekawych:

• Kondensator

• Dioda

• Cewka

• Transystor

• Tyrystor

• Układ scalony

• Pierwsze prawo Kirchhoffa

• Drugie prawo Kirchhoffa

• Prąd elektryczny

Ćwiczenia:

1. Do czego służą kondensatory?

2. Do czego stosowane są transformatory?

3. Co oznacza na schemacie kropka w miejscu przecięcia się dwóch linii?

4.  Jakie jest napięcie źródła jeśli w odbiorniku składającym się z pojedynczego rezystora występuje spadek napięcia o 5V?

5. Jaka jest wartość wypadkowa rezystancji trzech szeregowo połączonych rezystorów 1kΩ?

6. Czy w przypadku połączenia równoległego rezystorów z poprzedniego zadania wartość wypadkowej rezystancji będzie mniejsza niż 1kΩ?

7. Jaki prąd występuje w gniazdkach? AC czy DC?

Odpowiedzi do ćwiczeń:

1. Kondensatory służą do gromadzenia ładunku elektrycznego.

2. Transformatory są używane do zmieniania napięć prądów zmiennych.

3. Kropka oznacza połączenie elektryczne.

4. Napięcie źródła jest równe spadkowi napięcia w odbiorniku, czyli wynosi 5V.

5. Wartość wypadkowej rezystancji jest równa sumie oporu rezystorów, wiec wynosi 3kΩ.

6. Tak.

7. AC.