Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Repetytorium użytkowej elektroniki

Elportal jest źródłem wiedzy dla profesjonalnych elektroników śledzących rozwój elektroniki w swojej specjalizacji. Jeśli jednak odczuwasz potrzebę przypomnienia sobie szerokiego spektrum zagadnień elektroniki użytkowej, to dla Ciebie jest to Repetytorium. W tym kursie znajdą również przystępnie podaną wiedzę programiści nieelektronicy odwiedzający Elportal w poszukiwaniu inspiracji projektowych.
Jeżeli nie jesteś elektronikiem, ale programujesz układy elektroniczne i chcesz:
• zrozumieć podstawowe pojęcia i zjawiska w elektronice,
• zrobić coś samodzielnie,
• nauczyć się nowych, naprawdę przydatnych umiejętności,
- to jest kurs dla Ciebie!
Light icon
Article Image

Jak można samodzielnie wykonać oświetlenie? Dlaczego żarówki LED pobierają tak małą moc? Czemu niektóre urządzenia dobrze pracują z niektórymi zasilaczami, a z innymi nie chcą? I jak to jest, że urządzenia działają dopiero po włożeniu wtyczki do gniazdka? Nie każde z tych pytań jest proste... ale na każde spróbujemy odpowiedzieć!

W tym cyklu artykułów pokażę, w jaki sposób można poradzić sobie z wieloma praktycznymi zagadnieniami z dziedziny elektroniki. Wyjaśnię, jak działają podstawowe elementy oraz prawa i zależności nimi rządzące. Nie będzie to jednak sama teoria – wszystko zostanie poparte przykładami, zostań praktycznym elektronikiem!

Świat elektroniki najlepiej jest pokazać przez pryzmat typowych problemów, jakie możemy spotkać w życiu codziennym. Zbyt ciemna kuchnia czy zalewana piwnica to zagadnienia, z którymi może się zetknąć każdy z nas. Da się im zaradzić na własną rękę, ponieważ wystarczy do tego odrobina wiedzy, kilka podstawowych narzędzi oraz... dużo chęci!

Niezbędnik elektronika - podstawowe narzędzia

Na początek, zobaczmy, jakie narzędzia będą przydatne. Niewątpliwie, najpotrzebniejszym przyrządem dla elektronika jest multimetr. Potrafi mierzyć kilka różnych wielkości fizycznych, jak prąd, napięcie i rezystancję. Są one kluczowe z punktu widzenia prądu elektrycznego, a których nasze zmysły nie rejestrują.

Nie musi to być urządzenie warte kilkaset złotych. W zupełności wystarczy prosty multimetr za kilkanaście złotych, na przykład ten:

Miernik DT830D 1999 [V, A, om] generator przebiegu
Zobacz w sklepie avt

Do prac mechanicznych przy przewodach i elementach przydadzą się specjalne cążki. Cięcie nożyczkami jest niewygodne, poza tym zwykłe nożyczki bardzo szybko ulegną stępieniu. Warto, aby takie cążki miały sprężynę powodującą ich samoczynne otwarcie po puszczeniu. To niewielkie udogodnienie naprawdę zwiększa komfort pracy!

Cążki boczne do przewodów Cu 1mm, precyzyjne, PCAFC 170 (PLATO)
Zobacz w sklepie avt

Przy wyginaniu grubych przewodów albo wykręcaniu opornych śrubek warto mieć pod ręką kombinerki (szczypce uniwersalne), nawet niewielkie. Polecam te, które mają dodatkowe cążki do cięcia grubych przewodów oraz sprężynę, która je rozwiera po puszczeniu.

Szczypce kombinerki, mini 115mm
Zobacz w sklepie avt

Skoro o śrubkach mowa, to nie może zabraknąć wkrętaków, zwanych również śrubokrętami. Na początek wystarczy kilka z końcówką płaską i kilka krzyżykowych. Te mniejsze przydają się do mocowania przewodów w złączach, zaś większe przy skręcaniu obudów lub innych elementów mechanicznych.

Zestaw wkrętaków 6szt. Rebel 1108
Zobacz w sklepie avt

Do pracy z drobnymi elementami przyda się ostra pęseta. To niewielki wydatek, ale bardzo ułatwiający życie w razie np. wystrzępienia się przewodu, który wciskamy do złącza. Ze swojego doświadczenia mogę polecić tę:

Pęseta antymagnetyczna superprecyzyjna ostra 128mm
Zobacz w sklepie avt

Czyżby to już wszystko...? A kim byłby elektronik bez lutownicy! Są dwa rodzaje:

  • kolbowa, zwana też oporową,
  • transformatorowa.

W dzisiejszych czasach, bardziej polecana jest lutownica kolbowa. Zwłaszcza jeżeli ma regulację temperatury. Do precyzyjnego lutowania niewielkich elementów ustawia się niższą temperaturę grota. Podniesienie temperatury przydaje się podczas lutowania grubych przewodów, które dobrze odbierają ciepło z grota, studząc go.

Lutownica 50W z regulacją temperatury
Zobacz w sklepie avt

W moim warsztacie jest również miejsce dla lutownicy transformatorowej. Wystarcza, kiedy chce się szybko coś przylutować, ponieważ czas jej rozgrzewania jest rzędu sekundy – kolbowa potrzebuje minuty lub dwóch. Zamiast drutu oporowego grzejącego metalowy grot, jest w niej transformator, który zasila cienki, miedziany drucik pełniący funkcję grota.

Zdaniem wielu elektroników jest ciężka i nieporęczna, a lutowanie drobnych elementów na płytkach jest nią niemożliwe. Całkowicie nie zgadzam się z tymi stwierdzeniami, aczkolwiek wymaga więcej wprawy w obsłudze niż jej oporowy odpowiednik. Dlatego nie proponuję jej na początek nauki elektroniki, chociaż warto rozważyć ten zakup w przyszłości. Dobrze, aby miała przełącznik wyboru mocy:

Lutownica transformatorowa 55W/75W LTC
Zobacz w sklepie avt

Do lutowania używa się spoiwa lutowniczego, zwanego potocznie cyną. W rzeczywistości jest to stop cyny i ołowiu lub cyny i innych metali. Spoiwo jest w formie drutu o określonej średnicy, z rdzeniem zawierającym topnik – substancją ułatwiającą lutowanie. Na początek, niewielka fiolka będzie wystarczająca:

Cyna Ø1.00 LC60 fiolka
Zobacz w sklepie avt

Niekiedy topnika w samym spoiwie jest za mało. Wypala się i paruje podczas kontaktu z gorącym grotem, dlatego często warto dodać go z innego źródła. Zadaniem topnika jest oczyszczenie lutowanych powierzchni i poprawienie ich zwilżalności przez roztopione spoiwo. Dobrym topnikiem, który nie powoduje problemów w postaci np. korozji miedzi, jest zwykła kalafonia:

Kalafonia 45g Cynel
Zobacz w sklepie avt

To wszystko, jeżeli chodzi o zasób podstawowych narzędzi. Można dokupić inne akcesoria, jak odsysacz czy lupę, ale pokazany wyżej zestaw jest na początek wystarczający. Trzeba koniecznie przedstawić zalety maty silikonowej jako zabezpieczenie przed dziurami, przed przypaleniem blatu, jak lutownica nam upadnie itd.

Czas przejść do omówienia podstawowych elementów elektronicznych. Obiecuję, nie będzie dużo teorii – tylko tyle, ile trzeba na sam początek. W następnych artykułach, gdzie będą poruszane konkretne zagadnienia, ta lista sukcesywnie będzie się poszerzać.

Odrobina teorii

Rezystor – zwany również opornikiem – element najbardziej podstawowy dla elektronika i nie tylko. Jego jedynym zadaniem jest wydzielanie energii w postaci ciepła, ale przekonamy się, że potrafi być bardzo pożyteczny. Ma dwa metalowe wyprowadzenia, zwane potocznie nóżkami. Między nimi przepływa prąd. Co rezystor robi z prądem – o tym dalej.

Głównym parametrem rezystorów jest rezystancja, inaczej oporność, wyrażana w omach [Ω]. Czasem, dla uproszczenia, stosuje się wielką literę [R] lub nawet wyraz [om] zamiast greckiej litery omega, ponieważ nie ma jej w łacińskim zestawie znaków. Spotyka się także wielokrotności i podwielokrotności, jak:

  • kiloom, 1 kΩ = 1000 Ω
  • megaom, 1 MΩ = 1000 kΩ = 1000000 Ω
  • miliom, 1 mΩ = 0,001 Ω

Oprócz rezystancji, rzeczywiste oporniki mają jeszcze jeden ważny parametr, jakim jest maksymalna moc strat, wyrażana w watach [W]. Im większa, tym więcej ciepła można wydzielić na takim rezystorze, ale też większe są jego gabaryty. Może warto także dodać, że praktyk korzysta z szeregu, jaki został określony, a nie na siłę szuka rezystancji, jaka wyszła ze wzoru!

Kondensator – to element, który potrafi gromadzić energię, a nie tylko ją rozpraszać. Również zawiera dwa wyprowadzenia, lecz prąd między nimi nie przepływa, poza pewnymi szczególnymi przypadkami. Niektóre kondensatory można włączać do obwodów w dowolny sposób, a inne mają zaznaczone bieguny: dodatni oraz ujemny. O tych kondensatorach powiemy, że są polaryzowane.

Parametrem, który w podstawowy sposób opisuje kondensator, jest jego pojemność. Wyraża się ją w faradach [F]. Jest to jednostka bardzo duża, dlatego często mamy do czynienia z jej podwielokrotnościami:

  • milifarad [mF] = 0,001 F
  • mikrofarad [μF] = 0,001 mF = 0,000001 F
  • nanofarad [nF] = 0,001 μF = 0,000001 mF = 0,000000001 F
  • pikofarad [pF] = 0,001 nF = 0,000001 μF = 0,000000001 mF = 0,000000000001 F

Zamiast greckiej litery mi można spotkać mikrofarad zapisany z użyciem małej litery u [uF]. Jest jeszcze jeden parametr opisujący kondensatory, czyli dopuszczalne napięcie pracy, podawane w woltach [V]. O napięciu – nieco dalej.

Dioda – też ma tylko dwa wyprowadzenia, ale działa zupełnie inaczej niż poprzednie dwa elementy. Może pełnić funkcję „elektronicznego zaworu zwrotnego”, czyli przewodzi prąd tylko w jedną stronę. W drugą robi to bardzo słabo, praktycznie wcale nie przewodzi. Wyprowadzenia diody mają swoje nazwy: anoda i katoda (zaznaczana paskiem na obudowie). Prąd płynie przez diodę od anody w kierunku katody.

Diody mają również inne odmiany, w których są zaakcentowane pewne szczególne ich właściwości. Najpopularniejszą jest dioda świecąca, czyli LED (Light Emitting Diode). Po podłączeniu do niej prądu tak, aby go przewodziła, zaczyna emitować światło. Kolor świecenia zależy od substancji użytej do wykonania jej struktury.

Diody świecące można spotkać w bardzo wielu miejscach. Znajdują się zarówno w niewielkich kontrolkach sygnalizacyjnych, jak i znacznie silniejszych źródłach światła. Mogą być nimi taśmy LED oraz lampy, zwane żarówkami LED.

Przewody – formalnie rzecz ujmując, nie są to elementy elektroniczne, ale bez nich jakiekolwiek urządzenie nie mogłoby powstać. Mają postać metalowych żył powleczonych izolacją. Żyły są wykonane najczęściej z miedzi, czasem z aluminium, które gorzej przewodzi prąd. Izolację stanowi tworzywo sztuczne o odpowiednich właściwościach – musi być ona odporna na uszkodzenia, ale nie może utrudniać wyginania przewodu. Czasem kilka pojedynczych przewodów jest połączonych razem, tworząc przewód wielożyłowy.

Z przewodami wiąże się parametr zwany polem przekroju poprzecznego żyły, podawany w milimetrach kwadratowych [mm2]. Inaczej mówiąc, jest to pole figury geometrycznej (najczęściej koła), jaki widzimy po przecięciu przewodu. Im większy przekrój, tym przewód lepiej przewodzi prąd, ale jest droższy i cięższy.

Poza przewodami, spotkać możemy różnego rodzaju przełączniki. To elementy zawierające metalowe blaszki, zwane stykami, które mogą występować w dwóch stanach:

  • zwarte (dotykające do siebie), przewodzą wówczas prąd,
  • rozwarte (oddalone od siebie), prąd nie przepływa.

Pierwszy stan przełącznika bywa nazywany zamkniętym, a drugi otwartym. Przełączniki mogą ponadto występować w dwóch wykonaniach:

  • monostabilne (naciśnięcie zmienia położenie styków, a puszczenie powoduje ich samoczynny powrót do stanu poprzedniego);
  • bistabilne (zmiana położenia styków następuje po wciśnięciu, kolejna zmiana wymaga następnego wciśnięcia).

Natężenie prądu elektrycznego, napięcie, rezystancja... Prawo Ohma

Teraz możemy omówić kilka praw i zależności, jakie obowiązują w elektronice. Nie będą to skomplikowane wzory z całkami ani wielopiętrowe ułamki – na razie wystarczą dwa proste równania. Za ich pomocą można załatwić większość potrzebnych obliczeń!

Na początek, prawo Ohma:

Ładne i zwięzłe, prawda? Ale co oznaczają występujące w nim litery? Już objaśniam:

  • I – natężenie prądu elektrycznego, wyrażane w amperach [A];
  • U – napięcie elektryczne, wyrażane w woltach [V];
  • R – rezystancja (wspomniana już wyżej), wyrażana w omach [Ω].

Prąd to coś, co płynie przez przewody i elementy. Jego natężenie można zmierzyć amperomierzem lub multimetrem ustawionym do pomiaru prądu poprzez włączenie go w szereg z tym przewodem. Trzeba oryginalne połączenie rozpiąć i zastąpić je końcówkami amperomierza, wówczas zmierzy on natężenie płynącego prądu.

Rysunek 1. Włączenie amperomierza do obwodu

Napięcie jest tym, co powoduje, że prąd „chce” płynąć. Im większe napięcie, tym większy prąd. Jego wartość zmierzymy woltomierzem lub multimetrem ustawionym do pomiaru napięcia. Pomiar napięcia jest prostszy, ponieważ nie wymaga „psucia” obwodu – wystarczy dotknąć jego przewodami pomiarowymi do zacisków, między którymi chcemy zmierzyć napięcie.

Rysunek 2. Włączenie woltomierza do obwodu

Napięcie ma dwa oblicza: może być stałe lub zmienne, prąd również. Napięcie stałe jest tam, gdzie nie zmienia się ono w czasie. Napięciem stałym nazwiemy to, które daje bateria lub zasilacz do ładowania telefonu. Natomiast napięcie zmienne ulega zmianom z upływem czasu. Jego szczególnym przypadkiem jest napięcie zmienne sinusoidalnie, które możemy znaleźć w naszych gniazdkach. Stałe napięcie wywoła stały prąd, a zmienne napięcie wywoła zmienny prąd.

Rysunek 3. Napięcie stałe (po lewej) i zmienne

Ze wzoru wynika, że to rezystancja jest czymś, co „przeszkadza” prądowi. Im większy opór, tym mniejszy prąd. Dzięki temu zjawisku, możemy rezystorami ustalać natężenie prądu w obwodzie.

Z prądem i napięciem nierozerwalnie związana jest moc:

Moc wyraża się w watach [W]. Ma ona wymierne skutki, chociaż samej mocy poczuć nie możemy. Zauważamy ją w różnych postaciach, na przykład mocy cieplnej (nagrzewanie), świetlnej (świecenie) czy mechanicznej (obracanie).

Urządzenia pobierają prąd, nie napięcie. Napięcie jest potrzebne do tego, by mógł do nich płynąć prąd. Kiedy pobierają prąd, mogą działać. Im większy jest iloczyn napięcia i prądu, tym większą moc pobiera. Można więc powiedzieć, że router pobiera prąd o natężeniu 0,5 A przy napięciu 12 V. Zatem pobierana przez niego moc wyniesie:

Podsumowanie

Do wykonania podstawowych prac z układami elektronicznymi wystarczy kilka niedrogich narzędzi. Będziemy mieli do czynienia z elementami elektronicznymi, których zasada działania została pokrótce omówiona. Nie ma potrzeby wykonywania złożonych obliczeń, wystarczy kilka prostych równań. To wszystko, czego trzeba, aby móc działać w świecie elektroniki, ponieważ zasób wiedzy będzie systematycznie rozszerzany!

AUTOR
Udostępnij
UK Logo