Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00239 007599 15359293 na godz. na dobę w sumie
Przygoda z elektroniką - książka
Przygoda z elektroniką - książka
Autor: Liczba stron: 504
Wydawca: Helion Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-246-4790-3 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> komputery i informatyka >> elektronika >> elektronika
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

Poznaj i zrozum elektronikę!

Elektronika jest wszędzie i nie da się już od niej uciec. Telewizor, telefon komórkowy, komputer, a nawet kuchenka mikrofalowa czy niewinna z pozoru zmywarka — w każdym z tych urządzeń znajduje się magiczne coś, dzięki czemu możemy słuchać wiadomości, rozmawiać ze znajomymi, przeglądać strony internetowe, podgrzewać mleko do porannej kawy lub też zmywać po obiedzie, zbytnio się przy tym nie przemęczając. Tym magicznym czymś jest mniej lub bardziej skomplikowany układ elektroniczny. A raczej cały zestaw takich układów, o których działaniu przeciętny użytkownik nie ma najmniejszego pojęcia.

Jeśli technika jest Ci obca, lecz zawsze ciekawiło Cię, co sprawia, że otaczające Cię sprzęty elektroniczne są w stanie ułatwiać i uprzyjemniać życie, właśnie znalazłeś odpowiednią książkę! „Przygoda z elektroniką ” bezboleśnie i z humorem wprowadzi Cię w cudowny świat elektroniki, czyli zaprezentuje zasady działania podstawowych elementów i układów elektronicznych oraz zjawiska fizyczne, którym zawdzięczamy ich pracę. Wszystko, co najważniejsze, zobrazowano tu kilkudziesięcioma konkretnymi przykładami. Wkręć się w elektronikę!

Oto książka, która sprawi, że zupełnie inaczej spojrzysz na swój telewizor!

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

Wszelkie prawa zastrzeżone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie całości lub fragmentu niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci jest zabronione. Wykonywanie kopii metodą kserograficzną, fotograficzną, a także kopiowanie książki na nośniku filmowym, magnetycznym lub innym powoduje naruszenie praw autorskich niniejszej publikacji. Wszystkie znaki występujące w tekście są zastrzeżonymi znakami firmowymi bądź towarowymi ich właścicieli. Autor oraz Wydawnictwo HELION dołożyli wszelkich starań, by zawarte w tej książce informacje były kompletne i rzetelne. Nie biorą jednak żadnej odpowiedzialności ani za ich wykorzystanie, ani za związane z tym ewentualne naruszenie praw patentowych lub autorskich. Autor oraz Wydawnictwo HELION nie ponoszą również żadnej odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikłe z wykorzystania informacji zawartych w książce. Redaktor prowadzący: Michał Mrowiec Projekt okładki: Magdalena Stasik Ilustracje w książce i na okładce: Agnieszka Borkowska Wydawnictwo HELION ul. Kościuszki 1c, 44-100 GLIWICE tel. 32 231 22 19, 32 230 98 63 e-mail: helion@helion.pl WWW: http://helion.pl (księgarnia internetowa, katalog książek) Drogi Czytelniku! Jeżeli chcesz ocenić tę książkę, zajrzyj pod adres http://helion.pl/user/opinie?prelek Możesz tam wpisać swoje uwagi, spostrzeżenia, recenzję. ISBN: 978-83-246-4790-3 Copyright © Helion 2013 Printed in Poland. • Kup książkę • Poleć książkę • Oceń książkę • Księgarnia internetowa • Lubię to! » Nasza społeczność Spis treĂci 5 Spis treĂci WstÚp ....................................................................................................................................................7 Wprowadzenie do elektroniki analogowej 1. Przygotowujemy siÚ do wspaniaïej wyprawy ................................................................................ 13 1.1. Spis rzeczy niezbÚdnych ...................................................................................15 1.2. Montujemy przewody pomiarowe ...................................................................19 1.3. Bliskie spotkanie trzeciego stopnia z miernikiem uniwersalnym ...................23 1.4. Pïytka stykowa ...................................................................................................33 1.5. Wspóïczesne hieroglify, czyli schematy obwodów elektrycznych .................38 Odpocznijmy .............................................................................................................44 2. Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED ...............................................................................................45 2.1. Zabawa przed naukÈ ..........................................................................................47 2.2. Pierwszy obwód .................................................................................................60 2.3. Rezystory ...........................................................................................................71 2.4. Ukïady skïadajÈce siÚ z wielu diod LED .........................................................88 2.5. Co dalej z tym rezystorem? ............................................................................108 Odpocznijmy ...........................................................................................................142 3. Przygoda w Ăwiecie póïprzewodników ......................................................................................143 3.1. Diody ................................................................................................................145 3.2. Tranzystory ......................................................................................................181 Odpocznijmy ...........................................................................................................211 4. Kontynuujemy przygodÚ w Ăwiecie póïprzewodników, nastÚpnie spotykamy pojemnoĂÊ i indukcjÚ .............................................................................213 4.1. Póïprzewodnikowe dziwadïa ..........................................................................215 4.2. Kondensatory ...................................................................................................256 4.3. Indukcja ...........................................................................................................285 Odpocznijmy ...........................................................................................................303 Poleć książkęKup książkę 6 Przygoda z elektroniką Wprowadzenie do elektroniki cyfrowej i programowania mikrokontrolerów 5. Cyfrowe klocki ..............................................................................................................................307 5.1. Klocki o nazwach XOR i NOT ........................................................................309 5.2. Więcej o tajemniczych powiązaniach logiki z bramkami logicznymi ..........329 5.3. Kodowanie binarne .........................................................................................337 5.4. Dlaczego tęsknie spoglądamy w stronę mikrokontrolerów? ........................355 Odpocznijmy ...........................................................................................................364 6. Wprowadzenie do programowania mikrokontrolerów ................................................................ 365 6.1. Budujemy programatory .................................................................................367 6.2. Pierwsze programy z diodami LED ...............................................................407 6.3. Obsługa przycisku ...........................................................................................444 6.4. Budujemy i programujemy robota jeżdżącego ..............................................452 6.5. Pierwszy krok w kierunku robota kroczącego ...............................................460 Odpocznijmy ...........................................................................................................472 A. Miernik uniwersalny V12 DT830B ..............................................................................................473 B. Symbole elementów elektronicznych ........................................................................................479 C. Rozwiązanie zadania z rozdziału 4. ..........................................................................................491 D. Spis wykorzystywanych elementów elektronicznych ................................................................493 Skorowidz ...................................................................................................................................497 Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 45 Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 2 Poleć książkęKup książkę 46 Przygoda z elektronikÈ Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 47 2.1. Zabawa przed naukÈ Co nam bÚdzie potrzebne? Zanim udasz siÚ na dalekÈ i ekscytujÈcÈ wyprawÚ, musisz siÚ dowiedzieÊ, co to wïaĂciwie jest prÈd. Pomoĝe Ci w tym niniejszy podrozdziaï i dwa eksperymenty — jeden myĂlowy, a drugi prawdziwie laboratoryjny. Potrzebne nam bÚdÈ multi- metr, przewody pomiarowe, drut miedziany bez izolacji lub pïytka miedziana, puszka (np. aluminiowa) i karton soku pomarañczowego (rysunek 2.1). Rysunek 2.1. Zestaw do budowy i pomiaru ogniwa galwanicznego OpowieĂÊ o staroĝytnym Egipcjaninie ¿yï kiedyĂ Egipcjanin o imieniu Ptholemenops. Jako namiÚtny miïoĂnik gorÈcego kakao skonstruowaï robota kuchennego do mielenia ziaren kakaowca. Robot miaï byÊ napÚdzany przez drewniane ïopatki, które — w zamierzeniu Ptholemenopsa — powinny siÚ obracaÊ pod wpïywem siïy wody. Egipcjanin zrobiï wszystko jak naleĝy: skonstruowaï robota z obracajÈcymi siÚ ïopatkami, napeïniï wodÈ dwie wielkie amfory i czekaï. Czekaï dïugo, jednÈ klepsydrÚ, dwie klepsydry, trzy klep- sydry, czekaï caïy sandaï i nic — ïopatki robota siÚ nie poruszyïy. Ptholemenops popadï w depresjÚ (rysunek 2.2). Poleć książkęKup książkę 48 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.2. Egipcjanin o imieniu Ptholemenops i jego niedziaïajÈcy robot Na dokïadkÚ przypomniaï sobie taki widok: pïynÈce wody Nilu i wpadajÈca do tych wód koza jego brata. Koza wytrwale obracaïa odnóĝami, aĝ w koñcu przepïynÚïa na drugi brzeg rzeki i uciekïa na wolnoĂÊ. Badacz uĂwiadomiï sobie, ĝe musi w koñcu powiedzieÊ bratu prawdÚ i odwoïaÊ poprzedniÈ wersjÚ o zamianie kozy w skara- beusza. W efekcie popadï w depresjÚ po raz drugi. PogrÈĝonego w myĂlach uczonego zastaïa jego sïuĝÈca, która delikatnie kopnÈwszy swego pana, kazaïa mu posprzÈtaÊ caïy ten baïagan. Pochwaliïa go jednakĝe za to, ĝe przygotowaï dla niej wodÚ do mycia podïogi. Zanurzyïa wiÚc chochlÚ w pierwszej amforze i jednym ruchem opróĝniïa od razu póï zbiornika. Po chwili tÚ samÈ wo- dÚ wylaïa do drugiej amfory, twierdzÈc, ĝe nadto czuÊ jÈ zepsutym winem i ĝe nie nadaje siÚ do mycia podïóg. Ale oto staïa siÚ rzecz niezwykïa — ïopatki robota nagle zaczÚïy siÚ obracaÊ. Ptholemenops promieniaï szczÚĂciem (rysunek 2.3). Rysunek 2.3. SzczÚĂliwy Ptholemenops i jego dziaïajÈcy robot Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 49 Okazaïo siÚ, ĝe aby ïopatki robota mogïy siÚ obracaÊ, woda musi pïynÈÊ. A woda pïynie jedynie wtedy, gdy w jednym naczyniu jest maïo wody, a w drugim wprost przeciwnie. OdtÈd Ptholemenops zaczÈï eksperymentowaÊ. Wlewaï do amfory to maïo wody, to duĝo, to znów zatykaï rurÚ pakuïami, tworzyï sieÊ rur i rurek, w koñ- cu sformuïowaï sïynne prawo Ptholemenopsa, ĝe jedna amfora wody jest wiÚcej warta niĝ dwa krokodyle (niektórzy to prawo formuïujÈ inaczej — powiedzmy sobie szcze- rze, ĝe bïÚdnie — a mianowicie: ciaïo zanurzone w Nilu traci na wadze w sposób wprost proporcjonalny do liczby znajdujÈcych siÚ w okolicy gïodnych krokodyli). Eksperyment wspóïczesny Woda pïynÈca w rurze bardzo czÚsto stanowi pomoc dydaktycznÈ wspomagajÈcÈ zrozumienie praw rzÈdzÈcych przepïywem prÈdu. Do tego typu analogii bÚdziemy siÚ czÚsto odwoïywaÊ. Ale na razie przeprowadzimy doĂwiadczenie, które pozwoli nam lepiej przyjrzeÊ siÚ owej analogii. Skonstruujemy ogniwo galwaniczne, czyli proste ěródïo prÈdu, i podïÈczymy do niego multimetr. Schemat ukïadu prezentuje rysunek 2.4. Rysunek 2.4. Schemat ukïadu z ogniwem galwanicznym podïÈczonym do multimetru Przedstawione na rysunku 2.4 naczynie metalowe to przygotowana przez nas wcze- Ăniej puszka. Wkïadamy do niej miedziany rdzeñ, ale tak, by rdzeñ siÚ z niÈ nie stykaï. Juĝ teraz moĝemy podïÈczyÊ miernik uniwersalny, w którym przeïÈcznik zakresów ustawiamy na pozycji pomiaru napiÚcia staïego do 2000 mV. Multimetr powinien wskazywaÊ 0 (rysunek 2.5). Teraz do naczynia (puszki) wlewamy elektrolit. W naszym przypadku elektrolitem jest sok pomarañczowy, ale warto eksperymentowaÊ z przeróĝnymi cieczami. Oka- zuje siÚ, ĝe gdy wlewamy juĝ niewielkÈ iloĂÊ soku, multimetr zaczyna rejestrowaÊ napiÚcie, które w moim przypadku ustabilizowaïo siÚ na poziomie okoïo 500 mV (rysunek 2.6). Poleć książkęKup książkę 50 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.5. Ukïad przygotowany do rozpoczÚcia eksperymentu Rysunek 2.6. Miernik pokazuje napiÚcie wynoszÈce 0,5 V! Skoro zarejestrowaliĂmy napiÚcie, to znaczy, ĝe w naszym obwodzie popïynÈï prÈd. Czas na chwilÚ refleksji. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 51 Chwila refleksji nad prÈdem O tym, ĝe ěródïa napiÚcia elektrycznego znajdujÈ siÚ wokóï nas, dowiedziaïeĂ siÚ juĝ po przestudiowaniu rozdziaïu pierwszego, szczególnie po eksperymentach z mier- nikiem uniwersalnym oraz jabïkiem i herbatÈ. Zastanówmy siÚ: skoro jesteĂmy wïaĂciwie otoczeni ïadunkami elektrycznymi, to dlaczego ĝarówka nie Ăwieci, wi- szÈc po prostu w powietrzu? Dlaczego dioda LED wetkniÚta w jabïko nie mruga? Na te pytania odpowiedziaï nam Ptholemenops. Jak rozumowaï Ptholemenops? Wiedziaï, ĝe aby ïopatki przytwierdzone do obrotowego rdzenia mogïy siÚ poruszaÊ, potrzebna jest siïa wody. Napeïniï wiÚc dwie amfory poïÈczone rurÈ, wlewajÈc do kaĝdej takÈ samÈ iloĂÊ wody, ale — jak pamiÚtamy — nic siÚ nie staïo. Do zasilania robota potrzebny byï bowiem przepïyw wody, który naleĝaïo wymusiÊ, róĝnicujÈc poziom wody w naczyniach. Podobne zjawisko ma miejsce w obwodach elektrycz- nych. ’adunki elektryczne bÚdÈce w substancjach (ciaïach staïych, cieczach, ga- zach) poruszajÈ siÚ chaotycznie (rysunek 2.7). Rysunek 2.7. ’adunki elektryczne w ciaïach poruszajÈ siÚ chaotycznie Co to sÈ wïaĂciwie te ïadunki elektryczne? Przyjmijmy dla uïatwienia, ĝe interesujÈ nas zjawiska zachodzÈce wyïÈcznie w metalach. GdybyĂmy mogli zrobiÊ bardzo duĝe powiÚkszenie obiektów z rysunku 2.7 i zobaczyÊ ich mikroskopijne szcze- góïy, okazaïoby siÚ, ĝe widaÊ tam poruszajÈce siÚ w metalu elektrony. Na dodatek poruszajÈ siÚ one chaotycznie. Tam, gdzie chwilowo zgromadzi siÚ ich wiÚcej, po- wstaje ïadunek elektryczny ujemny, a w miejscach niedoboru elektronów mamy ïadunek elektryczny dodatni (rysunek 2.8). Na rysunku 2.8 widzimy dwa obszary szczególnie duĝego zagÚszczenia elektronów. Tam zostaï zgromadzony ïadunek ujemny. Obszar pozbawiony elektronów jest naïadowany dodatnio, a pozostaïa czÚĂÊ ciaïa jest elektrycznie obojÚtna. Dlaczego tak jest? Przypomnijmy sobie ze szkoïy, ĝe atom jest zbudowany z trzech czÈsteczek: Poleć książkęKup książkę 52 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.8. Powstawanie ïadunków elektrycznych jest spowodowane ruchem elektronów swobodnych elektronu (odpowiedzialnego za ïadunek ujemny atomu), protonu (odpowiedzial- nego za ïadunek dodatni) i neutronu (elektrycznie obojÚtnego). W miejscach nie- doboru elektronów ïadunek dodatni jest sumÈ ïadunków protonów, które choÊ sa- me siÚ nie poruszajÈ, to jak najbardziej wpïywajÈ na stan elektryczny ciaïa. A teraz wyobraěmy sobie, ĝe posiadamy zdolnoĂÊ „przesuwania” elektronów. W ten sposób z jednej strony pewnego ciaïa udaïo nam siÚ zgromadziÊ duĝÈ iloĂÊ elektro- nów kosztem drugiej strony, gdzie powstaï ich znaczny niedobór. StronÚ z nadmia- rem elektronów oznaczymy minusem (–), a stronÚ z ich niedoborem — plusem (+). JeĂli siïa, która spowodowaïa przesuniÚcie elektronów w ciele, wciÈĝ bÚdzie w nim aktywna, otrzymamy ogniwo baterii (rysunek 2.9). Rysunek 2.9. Schemat ogniwa baterii A jakaĝ to siïa jest zdolna do takiego przesuniÚcia elektronów? TÈ siïÈ sÈ na przy- kïad reakcje chemiczne (w tym przypadku nazywane elektrochemicznymi), które sÈ stosowane w produkcji ogniw baterii. Dopóki owe reakcje uniemoĝliwiajÈ przy- wrócenie stanu równowagi elektrycznej ogniwa, jedynÈ drogÈ, którÈ mogÈ podÈĝaÊ Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 53 elektrony, jest podïÈczony do ogniwa zewnÚtrzny obwód wykonany z przewodzÈ- cego materiaïu. PïynÈcy nim strumieñ elektronów moĝe przy okazji wykonaÊ pra- cÚ, z której to ewentualnoĂci chÚtnie korzystamy, podïÈczajÈc do baterii odbiorniki prÈdu (rysunek 2.10). Rysunek 2.10. Aby przywróciÊ stan równowagi elektrycznej w ogniwie baterii, elektrony poruszajÈ siÚ drogÈ podïÈczonego przewodnika ByÊ moĝe zastanawia CiÚ, z jakÈ prÚdkoĂciÈ poruszajÈ siÚ elektrony? Jest to prÚd- koĂÊ niewielka, rzÚdu uïamków milimetra na sekundÚ1. Jednakĝe rozpatrujÈc prÈd jako falÚ elektromagnetycznÈ, mamy do czynienia z szybkoĂciÈ zbliĝonÈ do prÚdko- Ăci Ăwiatïa. Jak to jest moĝliwe? Na to pytanie odpowie nam historia z ĝycia staro- ĝytnych Egipcjan i rysunek 2.11. Na rysunku 2.11 widzimy Egipcjanina (pierwszy z lewej), który jako pierwszy szturchnÈï sÈsiada w prawÈ rÚkÚ. Zaraz po tym kompan znajdujÈcy siÚ obok niego daï kuksañca w prawÈ rÚkÚ swojemu sÈsiadowi. Ten szturchnÈï nastÚpnego… I w ten sposób fala kuksañców rozchodzi siÚ bardzo szybko, mimo ĝe Egipcjanie siÚ nie przemieszczajÈ. Podobnie elektrony przekazujÈ sobie energiÚ, która rozchodzi siÚ bardzo szybko, choÊ same elektrony poruszajÈ siÚ doĂÊ niemrawo. W elektronice moĝna rozpatrywaÊ prÈd pïynÈcy z koñcówki oznaczonej minusem do koñcówki oznaczonej plusem lub odwrotnie. PrzyjÚïo siÚ oznaczaÊ kierunek przepïywu prÈdu jako kierunek poruszania siÚ fikcyjnych ïadunków dodatnich, tak jak na rysunku 2.12. 1 Mówimy, ĝe jest to prÚdkoĂÊ noĂna elektronów. Na przykïad dla miedzi wynosi ona 0,000075 cm/s. Poleć książkęKup książkę 54 Przygoda z elektroniką Rysunek 2.11. Choć Egipcjanie prawie wcale się nie poruszają, fala kuksańców rozchodzi się z dużą prędkością Rysunek 2.12. Przyjęło się, że prąd w obwodach elektrycznych płynie od bieguna „plus” do bieguna „minus” Powrót do współczesnego eksperymentu Jak w świetle poznanych informacji wygląda nasz eksperyment z marnowaniem soku pomarańczowego? Otóż ten nieszczęsny sok w puszce stał się elektrolitem, czyli substancją, która zapoczątkowała pewną reakcję chemiczną. Jaką, o tym za- raz sobie opowiemy. Przed owym opowiadaniem, pasjonującym zresztą, spójrzmy na rysunek 2.13. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 55 Rysunek 2.13. Schemat reakcji elektrochemicznej zachodzÈcej w ukïadzie z ogniwem galwanicznym WczeĂniejsze rozwaĝania o naturze prÈdu ograniczyliĂmy do zjawisk zachodzÈ- cych w metalach. UczyniliĂmy tak w celu uproszczenia wykïadu, gdyĝ przepïyw prÈdu w metalach (znajdujÈcych siÚ w stanie staïym lub ciekïym) polega jedynie na ruchu elektronów. Nieco inaczej jest w przypadku cieczy i gazów. Nie wdajÈc siÚ zbytnio w szczegóïy, powiedzmy, ĝe tam noĂnikami ïadunku elektrycznego sÈ, prócz elektronów, jony. Co to sÈ jony? Nazywamy tak szczególne atomy i czÈsteczki. SÈ ich dwa rodzaje. Atomy lub czÈsteczki, które majÈ nadmiar elektronów (czyli sÈ naïadowane ujemnie), nazywamy anionami, natomiast atomy lub czÈsteczki, które majÈ niedobór elektronów (czyli sÈ naïadowane dodatnio), nazywamy kationami. To elektrolit zapoczÈtkowuje reakcje chemiczne, w wyniku których powstajÈ aniony i kationy. Jak widaÊ na rysunku 2.13, ïadunki ujemne podÈĝajÈ w kierunku puszki, a dodatnie koncentrujÈ siÚ w bezpoĂredniej bliskoĂci miedzianego rdzenia. Po- wtórzmy ostatnie spostrzeĝenie: „ïadunki ujemne podÈĝajÈ w kierunku puszki”. To nie brzmi dumnie. Aby zaimponowaÊ koleĝankom i kolegom, puszkÚ moĝemy od tej pory nazywaÊ anodÈ, co oznacza miejsce w ogniwie elektrochemicznym, gdzie zachodzi utlenianie (tu gromadzÈ siÚ ïadunki ujemne), z kolei miedziany rdzeñ bÚdziemy nazywaÊ katodÈ (fachowo mówimy, ĝe tam zachodzi redukcja). DziÚki temu na pytanie kolegi: „Co robiïeĂ wczoraj wieczorem?”, moĝemy odpowiedzieÊ: „Mierzyïem róĝnicÚ potencjaïów miÚdzy anodÈ a katodÈ samodzielnie skonstru- owanego ogniwa galwanicznego”, co brzmi znacznie lepiej niĝ: „Wlewaïem sok pomarañczowy do puszki”. Co to jest napiÚcie elektryczne? W kaĝdym razie zapoczÈtkowana przez elektrolit reakcja chemiczna wywoïaïa po- dziaï ïadunków elektrycznych w ogniwie. OsiÈgnÚliĂmy w nim stan nierównowagi: na anodzie odnotowujemy nadmiar elektronów, tymczasem na katodzie mamy ich znaczny niedobór. Taki stan nierównowagi elektrycznej nazywamy róĝnicÈ poten- cjaïów lub napiÚciem elektrycznym (rysunek 2.14). Poleć książkęKup książkę 56 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.14. NapiÚcie jako róĝnica stanu wody w amforach Ptholemenopsa (z lewej) i napiÚcie jako róĝnica potencjaïów dwóch punktów obwodu elektrycznego (z prawej) NapiÚcie elektryczne oznaczamy literÈ U, a jego wartoĂÊ podajemy w woltach (symbol V). To wïaĂnie napiÚcie elektryczne jest odpowiedzialne za to, ĝe w obwo- dzie zaczyna pïynÈÊ prÈd. Moĝna sobie wyobraziÊ, ĝe jest to pewnego rodzaju ciĂnie- nie, które wymusza przepïyw elektronów z bieguna o niĝszym potencjale (nadmiar elektronów) do bieguna o potencjale wyĝszym (niedobór elektronów) — dokïad- nie tak samo jak róĝnica poziomów wody w amforach wymusza przepïyw wody z na- czynia z wiÚkszÈ iloĂciÈ wody do tego z jej mniejszÈ iloĂciÈ1. W obwodzie z rysunku 2.13 reakcje elektrochemiczne zachodzÈce w ogniwie galwa- nicznym sprawiajÈ, ĝe anoda ma duĝo, a katoda maïo elektronów. Jednakĝe elektro- ny, pïynÈc przez podïÈczony multimetr, wracajÈ do katody i napiÚcie elektryczne stabilizuje siÚ na pewnym poziomie (w naszym przypadku byïo to 500 mV). Aby po- dobna sytuacja miaïa miejsce w ukïadzie z amforami, ktoĂ musiaïby wciÈĝ prze- lewaÊ wodÚ z amfory z mniejszÈ iloĂciÈ wody do amfory zawierajÈcej wiÚkszÈ jej iloĂÊ. Tego zadania podjÈï siÚ staroĝytny ptak egipski Czaplah (rysunek 2.15). Stan równowagi opisany zarówno dla ogniwa galwanicznego, jak i dla ukïadu z amforami nie trwa w nieskoñczonoĂÊ. Ptak Czaplah w koñcu siÚ zmÚczy lub zgïodnieje i odleci. Poziom wody w obu naczyniach zrówna siÚ, przepïyw cieczy usta- nie i ïopatki robota przestanÈ siÚ obracaÊ. W przypadku ogniwa galwanicznego zu- ĝywajÈ siÚ czÚĂci ogniwa i elektrolit. Wytwarzane przez ogniwo napiÚcie elektryczne 1 Ten sposób wyjaĂnienia zjawiska elektrycznoĂci jest na poczÈtku naszej drogi bardzo dobry. Póěniej dowiesz siÚ, ĝe napiÚcie wiÈĝe siÚ ĂciĂle z natÚĝeniem prÈdu i ĝe moĝemy mówiÊ, iĝ nie tylko przepïyw prÈdu jest wymuszany przez róĝnicÚ potencjaïów (napiÚcie), ale równieĝ ĝe róĝnica potencjaïów powstaje w wyniku przepïywu prÈdu. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 57 Rysunek 2.15. Czaplah, przelewajÈc wodÚ, sprawia, ĝe róĝnica miÚdzy jej poziomami w amforach jest wciÈĝ jednakowa zacznie spadaÊ po pewnym czasie. Spotykamy siÚ z tym zjawiskiem zawsze, gdy musimy wymieniÊ zuĝytÈ bateriÚ na nowÈ. Mniej- sze napiÚcie elektryczne oznacza mniejszy prÈd. Za chwilÚ wyjaĂniÚ tÚ zaleĝnoĂÊ. Co to jest natÚĝenie prÈdu? Jak pamiÚtamy, Egipcjanin Ptholemenops zbudowaï ukïad dwóch amfor poïÈ- czonych rurÈ. Woda przepïywajÈca rurÈ napÚdzaïa ïopatki robota mielÈcego ziar- na kakaowca. Wiemy juĝ, ĝe aby woda pïynÚïa, w jednej z amfor musi byÊ wiÚcej wody niĝ w drugiej. Ptholemenops, jako szczególnie dociekliwy Egipcjanin, za- czÈï eksperymentowaÊ z przepïywem wody. Zauwaĝyï, ĝe jeĂli przez rurÚ prze- pïywa wiÚksza iloĂÊ wody, ïopatki robota krÚcÈ siÚ szybciej. To wydaïo mu siÚ cie- kawe. Ptholemenops zanotowaï: Siïa strumienia wody (natÚĝenie wody) jest równa iloĂci wody przepïywajÈcej w jednostce czasu przez dowolny przekrój rury. PojÚcie strumienia wody Ptholemenops oznaczyï krótko — literÈ I. Powtórzmy to jeszcze raz. Symbol I oznacza siïÚ strumienia wody albo inaczej iloĂÊ wody prze- pïywajÈcÈ w jednostce czasu przez dowolny przekrój rury bÈdě jeszcze inaczej — coĂ, co nazywamy prÈdem wodnym lub natÚĝeniem prÈdu wody. Skoro juĝ udaïo siÚ Ptholemenopsowi oznaczyÊ prÈd wodny I, naleĝaïo wymyĂliÊ sposób jego mierzenia. ¿eby zbadaÊ, ile wody przepïywa przez rurÚ, Ptholemenops wymyĂliï ciekawy eksperyment. Otóĝ okazuje siÚ, ĝe byï on nie tylko dociekliwym uczonym, ale i zagorzaïym akwarystÈ. Hodowaï Ălimaki ampularie. WpuĂciï wiÚc je do rury z przepïywajÈcÈ wodÈ. Im strumieñ wody byï silniejszy, tym wiÚksza Poleć książkęKup książkę 58 Przygoda z elektronikÈ liczba ampularii, nie wytrzymujÈc jego naporu, byïa odrywana od powierzchni rury i unoszona wraz z wodÈ (rysunek 2.16). Rysunek 2.16. Strumieñ wody porwaï jednÈ ampulariÚ Ptholemenops ustanowiï wiÚc jednostkÚ miary przepïywu wody (natÚĝenia wody). Nazwaï jÈ ampulariÈ i oznaczyï literÈ A. Strumieñ wody o sile wystarczajÈcej do tego, by oderwaÊ od rury jednÈ ampulariÚ, Ptholemenops oznaczaï jako 1 A. JeĂli strumieñ byï silniejszy i porywaï ze sobÈ aĝ dwie ampularie, oznaczany byï jako 2 A (rysunek 2.17). Rysunek 2.17. Strumieñ wody porywa dwie ampularie, a wiÚc ma natÚĝenie 2 A Notatka Ptholemenopsa: SiïÚ prÈdu wodnego I mierzymy w ampulariach A. Heroizm poczynañ Ptholemenopsa najlepiej odda inna notatka pochodzÈca z jego pamiÚtników: Dwie klepsydry od piÈtego wschodu sïoñca trzydziestego wylewu Nilu za panowania Amenhotepa III DziĂ udaïo mi siÚ wygenerowaÊ prÈd I równy 20 A (dwudziestu ampulariom)! PÚkïa rura i caïa galeria jest zalana wodÈ. Po Ăcianach chodzÈ Ălimaki. SïuĝÈca wĂciekïa. Powiedziaïa, ĝe nie bÚdzie sprzÈtaÊ. Mimo trudnoĂci nie przerywam eksperymentów. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 59 Pozostawmy na chwilÚ Ptholemenopsa z jego kïopotami. WróÊmy do naszych eksperymentów z prÈdem. Otóĝ wiedz, ĝe iloĂÊ prÈdu pïynÈcego przez przewod- nik takĝe moĝemy mierzyÊ, i to zupeïnie tak samo, jak Ptholemenops mierzyï prÈd wodny. NatÚĝenie prÈdu, nazywane teĝ krócej prÈdem, oznaczamy literÈ I. Definiujemy je nastÚpujÈco: NatÚĝenie prÈdu I jest równe iloĂci ïadunku elektrycznego przepïywajÈcego w jednostce czasu przez dowolny przekrój przewodnika. PrÈd mierzymy w amperach (skrót A). Jeden amper to doĂÊ duĝy prÈd. W naszych obwodach bÚdziemy siÚ spotykaÊ z prÈdem liczonym w miliamperach, czyli w ty- siÚcznych czÚĂciach ampera. Odnotujmy: im wiÚcej elektronów przepïywa w danym czasie przez przewodnik, tym wiÚkszy mamy prÈd. Jak siÚ ma V do A? WïaĂciwie tytuï powinien brzmieÊ Jak siÚ ma U do I?, ale wtedy nie byïoby rymu. WróÊmy jeszcze do eksperymentów Ptholemenopsa, aby przyjrzeÊ siÚ zaleĝnoĂci miÚdzy napiÚciem elektrycznym a prÈdem. Ptholemenops zawsze wlewaï do amfor równe miarki wody, dziÚki czemu ïatwo mu byïo obliczyÊ róĝnicÚ potencjaïów (po- ziomów wody) w amforach. Oznaczmy tÚ róĝnicÚ tak samo jak w obwodach elek- trycznych — literÈ U. Na rysunku 2.18 widzimy U równe 3. Rysunek 2.18. Róĝnica poziomów wody w amforach wynosi U = 4 – 1 = 3 Co otrzymaï Ptholemenops? Dla U równego 2 otrzymaï w rurze przepïyw wody o sile 1 A. Dla U równego 4 siïa wody wyniosïa 2 A. Dla U równego 5 siïa wody wyniosïa 2,5 A (jedna ampularia trzymaïa siÚ rury na koniuszku swojej stopy, wiÚc Ptholemenops zinterpretowaï to w ten sposób, ĝe oderwaïa siÚ w poïowie). Ptho- lemenops zauwaĝyï, ĝe im wiÚksza jest róĝnica poziomów w naczyniach, tym silniej- szy strumieñ wody pïynie przez rurÚ. Uczony zanotowaï: I zaleĝy od U. Poleć książkęKup książkę 60 Przygoda z elektronikÈ Czyli siïa prÈdu wody zaleĝy od ciĂnienia wody wytwarzanego przez róĝnicÚ po- tencjaïów. Jest to stwierdzenie doĂÊ intuicyjne. Sceptykom proponujÚ nastÚpujÈcy eksperyment. Zróbmy dziurkÚ blisko dna plastikowego kubka i nalejmy niewiele wody. Woda bÚdzie wypïywaÊ przez otwór, ale bardzo powoli. WïaĂciwie bÚdzie ledwo ciurkaÊ. A teraz nalejmy wody prawie po sam brzeg kubka. OczywiĂcie tym razem woda bÚdzie tryskaïa wartkim strumieniem (rysunek 2.19). Rysunek 2.19. Przy niskim stanie wody w amforze (z lewej) woda ledwie ciurka, natomiast wysoki jej stan w amforze (z prawej) wywoïuje duĝy strumieñ Rozumiemy wiÚc to — co tak zadziwiïo Ptholemenopsa — ĝe siïa wody w rurze dla U równego 3 byïa wiÚksza niĝ dla U równego 1 lub 2. Nie muszÚ chyba dodawaÊ, ĝe analogicznie zachowuje siÚ prÈd w obwodzie elek- trycznym. NapiÚcie elektryczne jest odpowiednikiem ciĂnienia wody. Duĝe napiÚ- cie jest w stanie generowaÊ duĝy prÈd. Ale nie zawsze generuje. Dlaczego? Spró- buj znaleěÊ odpowiedě na to pytanie, wracajÈc do analogii z wodÈ. Powiedzmy, ĝe masz kilka plastikowych kubków i w kaĝdym robisz otwór (zawsze w tej samej od- legïoĂci od dna kubka) igïÈ o innej Ărednicy. Wlewamy do kubków tÚ samÈ iloĂÊ wo- dy. Czy woda bÚdzie z nich wypïywaÊ otworami tak samo? A moĝe z któregoĂ wy- pïynie szybciej? Z którego? Jeszcze do tych pytañ wrócimy. 2.2. Pierwszy obwód Co nam bÚdzie potrzebne? Wreszcie skonstruujemy pierwszy obwód elektryczny z prawdziwego zdarzenia. Co prawda juĝ we wczeĂniejszych eksperymentach pïynÈï prÈd, a nawet mierzy- liĂmy zwiÈzane z owym przepïywem podstawowe wielkoĂci, jednakĝe teraz jesteĂ zupeïnie Ăwiadomy tego, co konstruujesz. Dodatkowo posiadasz podstawowy ba- gaĝ pojÚciowy. À propos — rysunek 2.20 pokazuje, co jeszcze powinno siÚ znaleěÊ w Twoim bagaĝu. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 61 Rysunek 2.20. CzÚĂci potrzebne do zbudowania pierwszego obwodu elektrycznego Co to jest obwód elektryczny? To dobre pytanie. Otóĝ skoro wiemy, ĝe prÈd to nic innego jak ruch elektronów, warto nauczyÊ siÚ uĝywaÊ go tak, by wykonywaï dla nas okreĂlonÈ pracÚ. Aby obwód elektryczny miaï sens, musi w nim istnieÊ ěródïo prÈdu (bateria, akumulator, zasilacz itp.). Do ěródïa prÈdu podïÈczamy przeróĝne komponenty tak, by osiÈgnÈÊ zamierzony cel. Co i jak podïÈczyÊ, by ten cel osiÈgnÈÊ — o tym wïaĂnie mówi wielka i prÚĝnie rozwijajÈca siÚ dziedzina wiedzy, jakÈ jest elektronika. Podobnie hydraulika jest dziedzinÈ wiedzy, która podaje zasady ïÈczenia rur z odbiornikami wody, tak by pïynÈcy strumieñ wykonaï okreĂlonÈ pracÚ (rysunek 2.21). Rysunek 2.21. Obwód hydrauliczny Ptholemenopsa ReasumujÈc, obwodem elektrycznym nazywamy zbiór odpowiednio poïÈczonych ze sobÈ komponentów elektrycznych. Poleć książkęKup książkę 62 Przygoda z elektronikÈ Konstruujemy pierwszy obwód Z góry uprzedzam, ĝe bÚdzie to wadliwy obwód. Jak moĝe do tego dojĂÊ? Niestety, dojdzie. Ale zanim to nastÈpi, przyjrzymy siÚ nowym komponentom. Na pewno spotkaïeĂ siÚ juĝ z diodÈ LED (czyli diodÈ ĂwiecÈcÈ). WidziaïeĂ jÈ juĝ w rozdziale pierwszym. WiÚcej o diodach powiemy sobie kilka podrozdziaïów dalej, na razie wystarczy wiedzieÊ, ĝe dioda LED to taka szczególna dioda… która, no wïaĂnie, po prostu Ăwieci! Z bliska prezentuje siÚ jak na rysunku 2.22. Rysunek 2.22. Dioda LED z bliska Dioda LED ma dwie nóĝki (o ile jest nowa). DïuĝszÈ nóĝkÚ nazywamy anodÈ, krótszÈ katodÈ (rysunek 2.23). Rysunek 2.23. Oznaczenie nóĝek diody LED rzeczywistego komponentu (z lewej) i symbolu stosowanego w schematach (z prawej) DziĂ diody ĂwiecÈce peïniÈ w obwodach elektrycznych takÈ samÈ funkcjÚ, jakÈ kiedyĂ peïniïy ĝarówki. Pierwsze podobieñstwo miÚdzy diodami LED a ĝarówkami zatem juĝ znasz — obydwie czÚĂci elektroniczne ĂwiecÈ. Tu podobieñstwa siÚ koñczÈ. ¿arówkÚ moĝna doïÈczyÊ do obwodu, ïÈczÈc jej gwint z plusem, a stopkÚ z minusem baterii; moĝna teĝ podïÈczyÊ wszystko odwrotnie (stopka do plusa, gwint do minusa) — ĝarówka bÚdzie Ăwieciïa. W przypadku diody LED kierunek pod- ïÈczenia odgrywa fundamentalnÈ rolÚ. Zawsze podïÈczamy dïuĝszÈ nóĝkÚ (anodÚ) do plusa baterii, krótszÈ nóĝkÚ (katodÚ) do minusa. JeĂli postÈpimy odwrotnie, dio- da LED nie bÚdzie ĂwieciÊ. Schemat naszego pierwszego obwodu przedstawia rysunek 2.24. Rysunek 2.24. Schemat pierwszego obwodu skïadajÈcego siÚ z baterii i diody LED Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 63 Naleĝy wyraěnie zaznaczyÊ, ĝe podïÈczanie diody LED bezpoĂrednio do baterii 4,5 V jest niedobrym pomysïem. Dioda moĝe ulec zniszczeniu (popularnie mówimy, ĝe moĝe siÚ spaliÊ). Tutaj robimy tak jedynie w celach dydaktycznych. Starajmy siÚ podïÈczaÊ zasilanie do diody na czas jak najkrótszy, by jedynie sprawdziÊ, ĝe dioda rzeczywiĂcie Ăwieci. Schemat z rysunku 2.24 moĝe byÊ zrealizowany na pïytce stykowej na wiele róĝnych sposobów. Na przykïad tak, jak pokazuje rysunek 2.25. Rysunek 2.25. Wykonanie obwodu z rysunku 2.24 na pïytce stykowej Zauwaĝmy, ĝe na rysunku 2.25 umieszczony zostaï symbol baterii. W ten sposób nasz schemat osiÈgnÈï szczyt dokïadnoĂci. PrawdÚ mówiÈc, nie trzeba byÊ aĝ tak drobiazgowym. Umówmy siÚ, ĝe na liniach oznaczonych „+” i „–” zawsze bÚdzie zasilanie o odpowiednim napiÚciu (w naszym przypadku 4,5 V), pochodzÈce z do- wolnego ěródïa (z baterii, z nosa wÚgorza elektrycznego itp.). DziÚki temu zaïo- ĝeniu schematy znacznie nam siÚ uproszczÈ. Spójrzmy na rysunek 2.26, który przedstawia taki sam ukïad poïÈczeñ jak na rysunku 2.25, lecz zostaï przygotowany wedïug nowych standardów. Czy pamiÚtasz rozkïad poïÈczeñ pól pïytki stykowej z podrozdziaïu 1.4? Wiesz, ĝe pola pïytki sÈ ze sobÈ poïÈczone w charakterystyczny sposób. Na przykïad na rysunku 2.26 anoda diody D1 zostaïa wetkniÚta w pole 54g. Lecz równie dobrze mogïaby siÚ znaleěÊ w pozostaïych czterech polach rzÚdu 54., poniewaĝ wszystkie Poleć książkęKup książkę 64 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.26. Obwód z rysunku 2.24 na pïytce stykowej w wersji uproszczonej, w której zakïadamy, ĝe linie oznaczone „+” i „–” sÈ podïÈczone do ěródïa zasilania o odpowiednim napiÚciu te pola sÈ ze sobÈ poïÈczone (jeden rzÈd tworzÈ pola 54f, 54g, 54h, 54i, 54j). Aby pod- kreĂliÊ ten fakt, na schematach pïytki stykowej rzÈd z uĝytym polem bÚdzie w caïo- Ăci zaznaczany, jak widaÊ na rysunku 2.26. Jak wyglÈda rzeczywisty ukïad na pïytce stykowej, pokazuje rysunek 2.27. Rysunek 2.27. Tak wyglÈda rzeczywisty ukïad na pïytce stykowej PamiÚtaj, aby podïÈczyÊ zasilanie tylko na chwilÚ. Dotknij diodÚ. Czy jest gorÈca? Zapewne tak, o ile siÚ nie spaliïa. Nie ma wÈtpliwoĂci, ĝe natÚĝenie prÈdu pïynÈ- cego prosto z baterii jest zbyt duĝe dla diody LED. Czy prÈd moĝe byÊ za duĝy? O tak. Tego typu zjawisko najczÚĂciej spotykamy w domowej sieci elektrycznej, gdy uruchamiamy naraz zbyt duĝo odbiorników prÈdu (jednoczeĂnie pieczemy ciasto w piekarniku elektrycznym, gotujemy herbatÚ w elektrycznym czajniku, robimy Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 65 pranie, prasujemy i oglÈdamy ulubiony serial w telewizji). Nie ma moĝliwoĂci, by domowa sieÊ elektryczna wytrzymaïa takie obciÈĝenie — w tym momencie prze- palajÈ siÚ bezpieczniki lub tylko wyïÈczajÈ (co zaleĝy od ich typu). PamiÚtamy, co siÚ staïo, gdy Ptholemenops wywoïaï w swoim obwodzie przepïyw wody o sile 20 A… Rura pÚkïa. Wszystkie te przykïady wskazujÈ, ĝe istnieje zjawisko, które nazwaliby- Ămy przepïywem zbyt duĝego prÈdu — zbyt duĝego dla odbiornika, oczywiĂcie, gdyĝ prÈd z baterii, zbyt duĝy dla diody LED, w ogóle nie zostanie „dostrzeĝony” przez standardowÈ pralkÚ. Mierzymy pïynÈcy prÈd i wyciÈgamy wnioski Optymalna wartoĂÊ prÈdu, jaka powinna zasiliÊ diodÚ LED, zaleĝy od jej koloru. Na ogóï wystarczy przyjÈÊ, ĝe prÈd nie powinien przekroczyÊ 20 mA. A jakie na- tÚĝenie prÈdu pojawiïo siÚ w naszym obwodzie? Sprawděmy. Przed rozpoczÚciem pomiaru zapoznaj siÚ z symbolem amperomierza, czyli miernika dokonujÈcego pomiaru prÈdu (rysunek 2.28). Rysunek 2.28. Symbol amperomierza Multimetr staje siÚ amperomierzem, gdy przestawimy przeïÈcznik funkcji i za- kresów na pozycjÚ pomiaru prÈdu. Przestawmy go wiÚc na pomiar prÈdu staïego do 200 mA (rysunek 2.29). Rysunek 2.29. Pomiar prÈdu staïego w zakresie do 200 mA Poleć książkęKup książkę 66 Przygoda z elektronikÈ Jak podïÈczyÊ amperomierz do obwodu? Teoria mówi, ĝe amperomierz do obwo- du podïÈczamy zawsze szeregowo, a woltomierz zawsze równolegle. Warto to za- pamiÚtaÊ, gdyĝ w elektronice, jak w maïo której dziedzinie wiedzy, teoria pozostaje w doskonaïej harmonii z praktykÈ. Popatrzmy na rysunek 2.30 z przykïadowym obwodem i podïÈczonym amperomierzem. Rysunek 2.30. Amperomierz podïÈczamy do obwodu szeregowo Czy masz jeszcze wÈtpliwoĂci dotyczÈce tego, co nazywamy woltomierzem? Za- ïoĝÚ siÚ, ĝe nie. Woltomierzem nazywamy oczywiĂcie miernik napiÚcia. Jego sym- bol przedstawia rysunek 2.31. Rysunek 2.31. Symbol woltomierza Sposób podïÈczania woltomierza do obwodu przedstawia rysunek 2.32. Rysunek 2.32. Woltomierz podïÈczamy do obwodu równolegle Schematy na rysunkach 2.30 oraz 2.32 miaïy charakter przykïadów. Schemat ob- wodu, z którym na razie siÚ zapoznajesz, jest prostszy. Obwód ten z podïÈczonym amperomierzem jest przedstawiony na rysunku 2.33. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 67 Rysunek 2.33. Obwód skïadajÈcy siÚ z baterii, diody LED i amperomierza No dobrze, wszystko to bardzo mÈdre, ale w koñcu jak mamy podïÈczyÊ multi- metr do obwodu? To bardzo proste. Mamy umieĂciÊ amperomierz miÚdzy katodÈ diody D1 a minusem baterii. Na pïytce stykowej katodÚ diody D1 z minusem baterii ïÈczy jeden kabelek (rysunek 2.34). Rysunek 2.34. Krótka historyjka obrazkowa pewnego kabelka W miejscu wskazanego kabelka naleĝy umieĂciÊ multimetr. Czerwona sonda po- winna ïÈczyÊ siÚ z katodÈ diody D1, a czarna z liniÈ „minus” zasilania (rysunek 2.35). Rysunek 2.35. Schemat podïÈczenia amperomierza na pïytce stykowej Poleć książkęKup książkę 68 Przygoda z elektronikÈ PrzydadzÈ siÚ wyprostowane ïÈczówki, które wtykamy w pola podïÈczenia multime- tru. SondÚ multimetru z ïÈczkami spinamy przewodami mierniczymi (rysunek 2.36). Rysunek 2.36. Multimetr w roli amperomierza ¥wiecÈca siÚ dioda Ăwiadczy o tym, ĝe w obwodzie pïynie prÈd. Jaki — to wska- zuje multimetr. W moim eksperymencie na wyĂwietlaczu pokazaïa siÚ liczba 95,6 mA. To ponad czterokrotnie wiÚcej, niĝ powinno byÊ! Nic dziwnego, ĝe dioda LED siÚ grzeje. Przy prawidïowo podïÈczonym zasilaniu (nie wiÚcej niĝ 20 mA) dioda LED moĝe ĂwieciÊ kilka lat. ZasilajÈc jÈ prÈdem 95,6 mA, skracamy jej trwa- ïoĂÊ do kilku minut, a nawet sekund. Naszym zadaniem dotyczÈcym nastÚpnego obwodu bÚdzie zmniejszenie prÈdu pïynÈcego przez diodÚ D1. KtórÚdy wïaĂciwie pïynie ten prÈd? Zanim zajmiemy siÚ konstruowaniem drugiego obwodu, spróbujmy odpowiedzieÊ na powyĝsze pytanie. Chodzi tu o pïytkÚ stykowÈ — którÚdy pïynie w niej prÈd? ByÊ moĝe pytanie to wyda Ci siÚ banalne. MuszÚ CiÚ jednak zapewniÊ, ĝe czÚsto sprawia ono trudnoĂci poczÈtkujÈcym elektronikom. Podanie poprawnej odpo- wiedzi wymaga wczeĂniejszego zrozumienia mechanizmów rzÈdzÈcych ruchem elek- tronów, a takĝe wymaga czegoĂ, co nazwalibyĂmy intuicjÈ elektronicznÈ. Punktem odniesienia bÚdzie dla nas schemat z rysunku 2.25. Na chwilÚ do niego wrócimy. Spróbujmy w myĂlach odjÈÊ ze schematu pïytki wszystkie te pola, które nie sÈ po- ïÈczone ani ze ěródïem zasilania, ani z polami z diodÈ LED. Otrzymamy schemat podobny do tego z rysunku 2.37. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 69 Rysunek 2.37. Schemat zbudowany z aktywnych pól pïytki stykowej Schemat bÚdzie wyglÈdaï profesjonalnie, jeĂli rysunek aktywnych pól zastÈpimy symbolem przewodnika. Stosuje siÚ tu pewnÈ konwencjÚ — jeĂli przewodniki sÈ ze sobÈ poïÈczone w punkcie przeciÚcia, zaznacza siÚ to zgrubieniem symbolizu- jÈcym poïÈczenie lutownicze (rysunek 2.38). Rysunek 2.38. Symbol trzech poïÈczonych ze sobÈ przewodników RysujÈc schematy obwodów elektrycznych, staramy siÚ rysowaÊ przewodniki tak, by nie krzyĝowaïy siÚ ze sobÈ. Czasem jednak choÊbyĂmy wyïazili ze skóry, wili siÚ i jÚ- czeli, nie da siÚ narysowaÊ dwóch przewodników inaczej, jak tylko krzyĝujÈc je ze sobÈ. To skrzyĝowanie teĝ ma odpowiedni symbol, wskazujÈcy, ĝe przewodniki nie sÈ ze sobÈ poïÈczone (rysunek 2.39). Rysunek 2.39. Dwa symbole przewodników, które choÊ krzyĝujÈ siÚ na schemacie, nie sÈ ze sobÈ poïÈczone DziĂ stosuje siÚ wïaĂciwie tylko symbol znajdujÈcy siÚ z prawej strony rysunku 2.39, a szkoda, bo jego odpowiednik z póïkolem wydaje siÚ bardziej obrazowy. Poleć książkęKup książkę 70 Przygoda z elektronikÈ ProponujÚ, abyĂmy zastosowali go w niniejszym podrozdziale, a potem — zgod- nie z obowiÈzujÈcymi standardami — zapomnimy o nim i bÚdziemy wykorzystywaÊ w schematach symbol dwóch przecinajÈcych siÚ linii. Uzbrojeni w nowe symbole zamieñmy nieprofesjonalny rysunek 2.37 na rysunek 2.40, takĝe nieprofesjonalny, ale skïadajÈcy siÚ wyïÈcznie z symboli uĝywanych na schematach. Rysunek 2.40. KtórÚdy pïynie prÈd? ¿eby znaleěÊ drogÚ, po której porusza siÚ strumieñ elektronów, naleĝy znów od- woïaÊ siÚ do analogii z hydraulikÈ. Wyobraěmy sobie zatkanÈ rurÚ. Okropna wizja, ale trudno, rura musi byÊ zatkana. Teraz oczyma wyobraěni popatrzmy na znajdujÈ- cÈ siÚ w niej mÚtnÈ wodÚ. Czy ona siÚ porusza? Co za niemÈdre pytanie. Oczywi- Ăcie, ĝe siÚ porusza! Pïywa w niej stado maïych robaczków. Oj, bïÈd dydaktyczny. Powinienem zapytaÊ, czy ta woda pïynie. To juĝ lepiej. Otóĝ nie pïynie. Nie moĝe pïynÈÊ, skoro rura jest zatkana. Dokïadnie tak samo jest z przewodnikami w ob- wodach elektrycznych, które nie sÈ podïÈczone do ĝadnego odbiornika (o takich przewodach mówimy, ĝe wiszÈ w powietrzu). Elektrony w nich „nie pïynÈ”. Jak pamiÚtasz, przyjÚïo siÚ oznaczaÊ kierunek przepïywu prÈdu odwrotnie do kie- runku, jakim podÈĝa strumieñ elektronów. Zmodyfikujemy schemat z rysunku 2.40, zaznaczajÈc wyblakïym kolorem te fragmenty przewodników, w których prÈd nie pïynie, a takĝe oznaczajÈc strzaïkami kierunek prÈdu (rysunek 2.41). Teraz wystarczy maïy wysiïek umysïowy, by przeksztaïciÊ w myĂli ten obwód i otrzy- maÊ obwód z rysunku 2.24. Tak oto przeĂledziliĂmy proces, który od rzeczywiste- go ukïadu doprowadziï nas do jego schematu ideowego. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 71 Rysunek 2.41. A wiÚc to tÚdy pïynie prÈd! 2.3. Rezystory Co nam bÚdzie potrzebne? Pierwszy obwód byï niedoskonaïy. Aby go udoskonaliÊ, potrzebne nam bÚdÈ: pïytka stykowa, zestaw ïÈczówek, bateria 4,5 V, przewody pomiarowe, multimetr i szczypce, którymi czÚsto bÚdziemy siÚ posïugiwaÊ — te elementy wyposaĝenia od tej pory bÚdziemy zaliczaÊ do standardowej czÚĂci bagaĝu podróĝnika-elektronika. Trzon naszego obwodu bÚdÈ stanowiÊ dioda LED (moĝe byÊ zielona, czerwona lub ĝóïta) i rezystor 150 Ÿ (rysunek 2.42). Dlaczego pierwszy obwód byï niedoskonaïy? Aby odpowiedzieÊ na to pytanie, wróÊmy do eksperymentu Ptholemenopsa. Ten niestrudzony uczony znów postanowiï zemleÊ nieco ziaren kakaowca. Przypomnij- my, jak wyglÈda ukïad amfor z robotem mielÈcym ziarna (rysunek 2.43). Poleć książkęKup książkę 72 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.42. Zestaw elementów potrzebnych do zbudowania drugiego obwodu Rysunek 2.43. Ptholemenops ze swoim robotem Tym razem niezadowolenie Ptholemenopsa wynika z tego, ĝe ïopatki robota krÚ- cÈ siÚ zbyt wolno (a moĝe Ptholemenops chce siÚ napiÊ kakao zbyt szybko). DoĂÊ, ĝe uczony postanowiï zwiÚkszyÊ siïÚ strumienia wody, która obracaïa ïopatkami robota. Znaï juĝ tÚ zasadÚ, ĝe im wiÚksza róĝnica poziomów wody w naczyniach (napiÚcie), tym wiÚkszy jest otrzymywany przepïyw wody miÚdzy amforami (prÈd wody). Cóĝ wiÚc ïatwiejszego niĝ zastosowanie wiÚkszych naczyñ i wlanie do nich wiÚkszej iloĂci wody? Ptholemenops podïÈczyï do robota najwiÚksze amfory, jakie miaï, nalaï do pierwszej jak najwiÚcej wody, upewniï siÚ, ĝe przewód ïÈczÈcy Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 73 naczynia nie pÚknie, i uruchomiï ukïad. Przez chwilÚ wydawaïo siÚ, ĝe robot po- biï wszystkie znane rekordy w prÚdkoĂci mielenia ziaren kakaowca. Byïo piÚknie bardzo krótko, gdyĝ ïopatki robota siÚ poïamaïy (rysunek 2.44). Rysunek 2.44. Ptholemenops odkrywa, ĝe przesadziï z prÈdem wody Tego naleĝaïo siÚ spodziewaÊ — zbyt duĝy prÈd skutkuje zniszczeniem odbiornika. SkÈd siÚ wziÈï tak duĝy prÈd? Z duĝej róĝnicy potencjaïów, oczywiĂcie. UjmujÈc to w terminologii hydraulicznej, moĝna powiedzieÊ, ĝe silny strumieñ wody jest skutkiem duĝej róĝnicy poziomów wody w zbiornikach. „Duĝa róĝnica poziomów wody nie jest zïa — myĂlaï Ptholemenops. — Im wiÚcej wody w zbiorniku, tym rzadziej trzeba go napeïniaÊ. Tylko co zrobiÊ, by woda nie pïynÚïa tak silnym strumieniem?”. Czy to ten podrozdziaï, w którym bÚdzie trochÚ matematyki? Owszem, bÚdzie trochÚ matematyki. Ale bardzo maïo, na dodatek na elementarnym poziomie. Zdraděmy w tym miejscu, ĝe Ptholemenops namiÚtnie kolekcjonowaï wszystkie dekrety faraona Amenhotepa III, które z racji nietrafionych decyzji po- pularnie zwano „omyïkami”. Ptholemenops zaczÈï napeïniaÊ nimi rurÚ. Jak moĝ- na byïo siÚ spodziewaÊ, im wiÚcej omyïek napchaï do rury, tym wiÚksze tworzyïo siÚ w rurze zwÚĝenie. A im wiÚksze byïo zwÚĝenie w rurze, tym mniejszy pïynÈï w niej strumieñ wody (rysunek 2.45). Moĝemy powiedzieÊ, ĝe omyïki stawiaïy opór napierajÈcej wodzie, w konse- kwencji zmniejszajÈc jej przepïyw. SiÚgnijmy do pamiÚtników Ptholemenopsa, przy czym zauwaĝmy, ĝe dla skrócenia pisowni zamiast „omyïka” Ptholemenops czÚsto pisaï „om”. Poleć książkęKup książkę 74 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.45. W rurze z mniejszÈ liczbÈ dekretów (omów) opór stawiany wodzie jest maïy, a strumieñ wody duĝy (czÚĂÊ górna); w tej samej rurze z duĝÈ liczbÈ dekretów opór stawiany wodzie jest duĝy, a w rezultacie strumieñ wody jest maïy (czÚĂÊ dolna) Osiem klepsydr od dwunastego wschodu sïoñca trzydziestego wylewu Nilu za panowania Amenhotepa III WciÈĝ eksperymentujÚ z omyïkami. Zapycham rurÚ, notujÚ przepïyw. Dobrze, ĝe mi siÚ ampularie rozmnoĝyïy, bo kaĝde pÚkniÚcie rury koñczy siÚ ich ucieczkÈ. Znowu notujÚ: róĝnica poziomów wody w amforach wynosi 10 V, do rury napchaïem 5 omów oporu. Tylko dwie ampularie zostaïy porwane przez prÈd wody, czyli I = 2 A. I znów notatka: dla róĝnicy poziomów wynoszÈcej 10 V przy rurze napchanej dwoma omami, prÈd wody I wynosi 5. Potem sprawdziïem takie dane: róĝnica poziomów wody wynosi 8 V, w rurze jest opór wynoszÈcy tylko 2 omy. Okazaïo siÚ, ĝe prÈd wody I w rurze wynosi 4 A. Czy potrafisz, znajÈc powyĝsze dane, wywnioskowaÊ zaleĝnoĂÊ miÚdzy wielkoĂciÈ róĝnicy poziomów wody i oporem a siïÈ strumienia wody? Spróbuj. Wiesz juĝ, co wynika z wczeĂniejszych doĂwiadczeñ Ptholemenopsa (i Twoich teĝ), ĝe natÚĝenie I zaleĝy od przyïoĝonego napiÚcia U. I zaleĝy od U. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 75 Pytanie jest nastÚpujÈce: jak I zaleĝy od U? Zapiszmy to zadanie tak: I = coĂ * U. Czytamy: natÚĝenie prÈdu równa siÚ napiÚciu pomnoĝonemu przez wielkoĂÊ na- zwanÈ coĂ. Tym „cosiem” oczywiĂcie bÚdzie opór, który pïynÈcej wodzie stawiajÈ wetkniÚte do rury dekrety („omyïki”). Opór bÚdziemy oznaczaÊ literÈ R, a jego symbolem, przypominajÈcym zresztÈ ksztaït „omyïki”, bÚdzie znak Ÿ (czytamy go „om”). Juĝ wyjaĂniam, o co chodzi. PrzypuĂÊmy, ĝe kupiliĂmy rezystor i chcemy podzieliÊ siÚ radoĂciÈ z tym zwiÈzanÈ ze swoim przyjacielem. Mówimy: „Kupiïem rezystor o opornoĂci 100 Ÿ”. Moĝemy teĝ powiedzieÊ krócej: „OpornoĂÊ rezystora równa siÚ 100 Ÿ”. A najkrócej, jak siÚ da, zanotujemy tak: R = 100 Ÿ. Podobnie wyraĝamy kaĝdÈ wielkoĂÊ elektrycznÈ. Powiemy na przykïad, ĝe napiÚ- cie zmierzone na koñcówkach baterii wynosi 4,5 V, a moĝemy takĝe zanotowaÊ to krótko: U = 4,5 V. W Ăwietle doĂwiadczenia Ptholemenopsa — im wiÚkszy opór, tym mniejsze otrzymujemy natÚĝenie wody. Z drugiej strony natÚĝenie prÈdu jest tym wiÚksze, im wiÚksze przyïoĝymy napiÚcie. Mówimy, ĝe natÚĝenie prÈdu jest wprost pro- porcjonalne do przyïoĝonego napiÚcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu. Zapi- sujemy to tak: UI R . Czy ten wzór sprawdza siÚ w praktyce? Podstawmy dane otrzymane podczas eks- perymentów Ptholemenopsa. Dla U = 10 V oraz R = 5 Ÿ otrzymujemy: UI R V10 5 : A2 , czyli dokïadnie tyle, ile otrzymaï Ptholemenops. Druga próba: U = 10 V oraz R = 2 Ÿ. Otrzymujemy: UI R V10 2 : A5 . W ten sposób wyniki otrzymane w trakcie doĂwiadczeñ Ptholemenopsa znalazïy swoje teoretyczne uzasadnienie. Poleć książkęKup książkę 76 Przygoda z elektronikÈ Prawo Ohma Czy sïyszaïeĂ kiedyĂ wyraĝenie „prawo Ohma”? Na pewno. A czy wiesz, czego ono dotyczy? Otóĝ dowiedz siÚ, ĝe dotyczy wïaĂnie omówionego zwiÈzku miÚdzy napiÚciem a natÚĝeniem prÈdu. ZwiÈzek ten wyraĝa siÚ równaniem: UI R . Wzór ten moĝna zapisaÊ takĝe tak: RIU u . A moĝna i tak: UR I . Od tej pory takĝe i Ty moĝesz siÚ chwaliÊ, ĝe znasz prawo Ohma. U czy V, I czy A, R czy Ÿ? Jak siÚ poïapaÊ w tej literomanii? PrzyznajÚ, ĝe mnogoĂÊ stosowanych oznaczeñ moĝe poczÈtkujÈcego elektronika wprawiÊ w zakïopotanie. Odwoïajmy siÚ wiÚc do znanego wszystkim przykïadu, tj. do pomiaru temperatury. Jak wiemy, temperaturÚ najczÚĂciej oznaczamy literÈ T, a wynik pomiaru zaleĝy od tego, w jakich jednostkach bÚdziemy jÈ mierzyÊ. Po- wiedzmy, ĝe dokonujemy pomiaru z wykorzystaniem standardowego termometru, podajÈcego wynik w stopniach Celsjusza. Wtedy temperaturÚ zdrowego czïowieka zapiszemy tak: T = 36,6°C. Litera T oznacza, ĝe podajemy wynik pomiaru temperatury. Natomiast symbol °C mówi, w jakich jednostkach ów wynik podajemy. Moĝemy na przykïad podaÊ tem- peraturÚ w skali Kelvina, co oznaczamy K. Wtedy napiszemy: T = 309,75 K. I tak jest w przypadku pomiaru wielkoĂci elektrycznych. Kiedy mierzymy pïynÈcy prÈd I, wynik podajemy w amperach (symbol A). I = 3,1 A. Kiedy mierzymy napiÚcie prÈdu U, wynik podajemy w woltach (symbol V). U = 4,5 V. Kiedy mierzymy rezystancjÚ R, wynik podajemy w omach (symbol Ÿ). R = 120 Ÿ. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 77 I jeszcze maïa uwaga terminologiczna. W czÚĂci literatury dotyczÈcej elektroniki pojÚcia rezystor, rezystancja uwaĝane sÈ za poprawne, natomiast ich spolszczenia opornik, opór za nieco potoczne. OczywiĂcie przyjÚta konwencja zaleĝy od auto- ra. W niniejszym podrÚczniku sïowa opór i rezystancja bÚdÈ uĝywane zamiennie, podobnie jak opornik i rezystor. Poprawiamy pierwszy obwód, czyli konstruujemy drugi Zbierzmy w tym miejscu dotychczasowe wiadomoĂci dotyczÈce konstruowania obwodów elektrycznych. Wiemy, ĝe duĝe napiÚcie generuje duĝe natÚĝenie pïy- nÈcego prÈdu. Kaĝde urzÈdzenie podïÈczane do obwodu pracuje najlepiej, gdy przepïywajÈcy przez nie prÈd mieĂci siÚ w pewnym przedziale (prÈd zbyt maïy moĝe nie wywoïaÊ pracy urzÈdzenia — dioda LED nie bÚdzie ĂwieciÊ — a prÈd zbyt duĝy moĝe zniszczyÊ urzÈdzenie — dioda LED siÚ spali). W pierwszym ob- wodzie, w którym diodÚ LED podïÈczyliĂmy bezpoĂrednio do baterii 4,5 V, zmierzyliĂmy prÈd wynoszÈcy 95,6 mA. To o wiele za duĝo. PrÈd nie powinien byÊ wiÚkszy niĝ 20 mA; przyjmijmy, ĝe ideaïem byïby dla nas prÈd wynoszÈcy 15 mA. Jak go zmniejszyÊ? OczywiĂcie, stosujÈc rezystor. Musimy jedynie dobraÊ odpo- wiedniÈ wartoĂÊ rezystancji. W zestawie elementów potrzebnych do zbudowania obwodu zostaï wyszczegól- niony rezystor o opornoĂci 150 Ÿ. Nieprzypadkowo. Zanim jednak uzasadnimy tÚ wartoĂÊ teoretycznie, proponujÚ, abyĂmy wczeĂniej zbudowali obwód i wykonali pomiar. Schemat drugiego obwodu przedstawia rysunek 2.46. Rysunek 2.46. Schemat obwodu skïadajÈcego siÚ z baterii, rezystora i diody LED Czy potrafisz, kierujÈc siÚ schematem z rysunku 2.46, skonstruowaÊ obwód na pïytce stykowej? Spróbuj! Zakïadam, ĝe znalazïeĂ juĝ odpowiedni rezystor. Zada- nie to wcale nie musi byÊ ïatwe, zwaĝywszy, ĝe rezystory czÚsto sÈ dostarczane w po- staci zwoju taĂm z elementami o róĝnej opornoĂci (ale tej samej opornoĂci w jednej taĂmie, rysunek 2.47). Kod barwny i odczytywanie opornoĂci rezystora Jak wĂród setek rezystorów znaleěÊ potrzebny? Zauwaĝmy, ĝe kaĝdy rezystor zostaï oznaczony kilkoma kolorowymi paskami. To jest tak zwany kod barwny. Z niego odczytujemy opornoĂÊ rezystora. Jak to robimy? NajtrudniejszÈ rzeczÈ jest ustale- nie kolejnoĂci pasków (rysunek 2.48). Poleć książkęKup książkę 78 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.47. Zwój rezystorów Rysunek 2.48. Kod barwny na rezystorze i znaczenie poszczególnych pasków Otóĝ rezystor, tak jak kij, ma dwa koñce. ¿aden z koñców nie jest wyróĝniony, zatem nie ma znaczenia kierunek podïÈczenia rezystora do obwodu (inaczej, niĝ to ma miejsce w przypadku diody LED). Ta wygodna wïaĂciwoĂÊ rezystorów utrudnia odczytywanie kodu barwnego, gdyĝ nie zawsze wiadomo, który pasek jest pierwszy. Na szczÚĂcie bÚdziemy korzystaÊ ze standardowych rezystorów o tolerancji 5 , oznaczonych czterema paskami, z których ostatni jest koloru zïotego. WartoĂci kolo- rów przedstawia tabela 2.1. Sposób odczytywania wartoĂci rezystancji poznasz na przykïadach. Przykïad 1. Oto wpadï nam w rÚce rezystor oznaczony trzema paskami czerwonymi i jednym zïotym. Od razu domyĂlamy siÚ, ĝe pasek zïoty jest paskiem czwartym. Mamy wiÚc: 1. Pierwszy pasek — czerwony — cyfra 2. 2. Drugi pasek — czerwony — cyfra 2. 3. Trzeci pasek — czerwony — mnoĝnik 100 Ÿ. 4. Czwarty pasek — zïoty — tolerancja 5 . Poleć książkęKup książkę Tabela 2.1. Wartości kolorów kodu barwnego rezystorów Przygoda z rezystancją i diodą LED 79 Kolor Czarny Brązowy Czerwony Pomarańczowy Żółty Zielony Niebieski Fioletowy Szary Biały Srebrny Złoty Brak Pasek 1. (cyfra 1.) Pasek 2. (cyfra 2.) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - - - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - - - Pasek 3. (mnożnik) × 1 Ω × 10 Ω × 100 Ω × 1 kΩ × 10 kΩ × 100 kΩ × 1 MΩ × 10 MΩ - - × 0,01 Ω × 0,1 Ω - Pasek 4. (tolerancja) 20 1 2 3 0,1 0,5 0,25 0,1 0,05 - 10 5 20 Oporność rezystora wynosi: 22 · 100Ω = 2200Ω = 2,2kΩ przy tolerancji 5 . Pięć procent z liczby 2200 równa się 110. To oznacza, że fak- tyczna oporność tego rezystora może się wahać od 2090 Ω do 2310 Ω. Przykład 2. Mamy odczytać oporność rezystora oznaczonego paskami kolejno: pomarańczowym, białym, czerwonym i złotym. 1. Pierwszy pasek — pomarańczowy — cyfra 3. 2. Drugi pasek — biały — cyfra 9. 3. Trzeci pasek — czerwony — mnożnik 100 Ω. 4. Czwarty pasek — złoty — tolerancja 5 . Oporność rezystora wynosi: 39 · 100Ω = 3900Ω = 3,9kΩ przy tolerancji 5 . Pięć procent z liczby 3900 równa się 195. To oznacza, że fak- tyczna oporność tego rezystora może się wahać od 3705 Ω do 4095 Ω. Poleć książkęKup książkę 80 Przygoda z elektronikÈ Przykïad 3. Jakimi kolorami powinien byÊ oznaczony rezystor 150 Ÿ o toleran- cji 5 ? 1. Pierwsza cyfra — 1 — kolor brÈzowy. 2. Druga cyfra — 5 — kolor zielony. 3. Mnoĝnik (czyli liczba zer po dwóch cyfrach) — 10 Ÿ — kolor brÈzowy. 4. Tolerancja standardowa — 5 — kolor zïoty. Odpowiedě: rezystor 150 Ÿ o tolerancji 5 powinien byÊ oznaczony paskami ko- lejno: brÈzowym, zielonym, brÈzowym i zïotym. Budujemy obwód na pïytce stykowej ZnaleěliĂmy potrzebny rezystor. Teraz musimy go wyciÈÊ z taĂmy i przygotowaÊ do umieszczenia na pïytce stykowej. Zaginamy koñcówki rezystora, przy czym zaciskamy koñcówkÚ w szczypcach i wyginamy drut palcem, aby nie uszkodziÊ opornika (rysunek 2.49). Rysunek 2.49. Sposób zaginania koñcówek rezystora zapobiegajÈcy jego uszkodzeniu WygiÚte koñcówki naleĝy przyciÈÊ do dïugoĂci okoïo 1 – 2 cm (rysunek 2.50). Rysunek 2.50. Rezystor z odpowiednio wygiÚtymi i przyciÚtymi koñcówkami Schemat z rysunku 2.46 moĝna zrealizowaÊ na pïytce stykowej na wiele róĝnych sposobów, z których kaĝdy mniej lub bardziej bÚdzie przypominaï schemat z ry- sunku 2.51. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 81 Rysunek 2.51. Schemat ukïadu z rysunku 2.46 na pïytce stykowej. Zakïadamy, ĝe do linii oznaczonych „+” i „–” zostaïy podïÈczone odpowiednie bieguny baterii 4,5 V ZdjÚcie realizacji ukïadu na pïytce stykowej przedstawia rysunek 2.52. Rysunek 2.52. Realizacja ukïadu z rysunku 2.46 na pïytce stykowej Mierzymy pïynÈcy prÈd i wyciÈgamy wnioski Aby zmierzyÊ pïynÈcy prÈd, podïÈczymy koñcówki multimetru w miejsce prze- wodu ïÈczÈcego rzÈd nr 47 pïytki stykowej z liniÈ oznaczonÈ „–” tejĝe pïytki (ry- sunek 2.53). Poleć książkęKup książkę 82 Przygoda z elektronikÈ Rysunek 2.53. Schemat podïÈczenia multimetru do obwodu Tak jak byïo w przypadku poprzedniego pomiaru, czerwona sonda multimetru powinna ïÈczyÊ siÚ z katodÈ diody D1, a czarna z liniÈ „minus” zasilania. Przesta- wiamy zakres pracy multimetru na pomiar prÈdu staïego do 200 mA. PodïÈczamy zasilanie do ukïadu i kontemplujemy wynik (rysunek 2.54). Rysunek 2.54. Pomiar prÈdu w obwodzie z diodÈ LED i rezystorem Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 83 ZwróÊmy uwagÚ na sposób podïÈczenia koñcówek multimetru do obwodu z diodÈ LED i rezystorem. Wiemy, ĝe amperomierz (czy teĝ multimetr pracujÈcy w trybie amperomierza) wïÈczamy do obwodu szeregowo. Ale w przypadku obwodów po- zbawionych rozgaïÚzieñ (rozwaĝany obwód do takich naleĝy) miejsce podïÈczenia amperomierza nie ma znaczenia. Równie dobrze moglibyĂmy podïÈczyÊ go przed rezystorem czy teĝ miÚdzy rezystorem a diodÈ. Zauwaĝmy w koñcu, ĝe zamiast lokalizacji sond zaproponowanej na rysunku 2.53, czerwonÈ sondÚ multimetru mo- ĝemy podïÈczyÊ do katody diody D1, a sondÚ czarnÈ bezpoĂrednio do koñcówki „–” baterii (rysunek 2.55). Rysunek 2.55. Pomiar prÈdu w obwodzie z diodÈ LED i rezystorem Bez wzglÚdu na miejsce podïÈczenia sond multimetru do obwodu wnioski z pomia- ru sÈ optymistyczne: doïÈczenie rezystora do obwodu zdaïo egzamin. PrÈd 14,2 mA nie jest w stanie zaszkodziÊ diodzie LED. PrawdÚ mówiÈc… spodziewaliĂmy siÚ sukcesu. Tak jak zwÚĝenie w rurze z wodÈ zmniejsza przepïyw cieczy, tak re- zystor powoduje zmniejszenie przepïywu strumienia elektronów i — w konse- kwencji — zmniejszenie pïynÈcego prÈdu. Pozostaje pytanie, skÈd wiedzieliĂmy, ĝe naleĝy zastosowaÊ rezystor 150 Ÿ. Znów maïe obliczenia Zanim przejdziemy do obliczeñ, przytoczÚ ciekawy fakt z ĝycia Ptholemenopsa. Otóĝ ten wielki uczony potrafiï do tego stopnia byÊ zaabsorbowany swojÈ pracÈ, ĝe eksperymentujÈc, zdradzaï objawy czÚĂciowej gïuchoty. DoĂÊ powiedzieÊ, ĝe kiedy jego sïuĝÈca woïaïa go na obiad, nie wystarczyïo, ĝeby tïukïa przy tym chochlÈ w jeden gong. Nawet haïasowanie dwoma gongami nie przynosiïo efektów (albo przynosiïo efekty niezmiernie sïabe). Dopiero — rzecz sprawdzona — jednoczesne bicie w trzy gongi lub ich wiÚkszÈ liczbÚ mogïo obudziÊ Ptholemenopsa ze stanu zadumy. Poleć książkęKup książkę 84 Przygoda z elektronikÈ OdnieĂmy przykïad Ptholemenopsa do zasilania diody LED. Otóĝ wiedz, ĝe dioda LED takĝe posiada pewien puïap napiÚcia, którego przekroczenie jest konieczne do jej zaĂwiecenia. TÚ wielkoĂÊ nazywamy napiÚciem progowym w kierunku prze- wodzenia lub napiÚciem przewodzenia. Poniĝej napiÚcia progowego prÈd prze- wodzenia jest bardzo maïy. NapiÚcie przewodzenia zaleĝy od koloru diody, pro- ducenta, a równieĝ samej diody, poniewaĝ takĝe wĂród diod LED tego samego koloru i pochodzÈcych od tego samego producenta moĝliwe sÈ niewielkie róĝnice. Na przykïad minimalne napiÚcie, które wywoïa Ăwiecenie diody LED koloru nie- bieskiego, wynosi (typowo) 3,6 V, a wahaÊ siÚ moĝe od 3,2 V do 4,3 V (te wielkoĂci mogÈ byÊ inne dla diod róĝnych producentów). Tabela 2.2 przedstawia typowe poziomy napiÚÊ progowych dla diod LED róĝnych kolorów. Tabela 2.2. NapiÚcie progowe dla diod róĝnych kolorów przy zasilaniu prÈdem 20 mA Kolor diody NapiÚcie progowe Czerwona Pomarañczowa ¿óïta Zielona Niebieska Biaïa Typowe Zakres 2,0 V 2,0 V 2,4 V 2,8 V 3,6 V 3,6 V 1,5 V – 2,6 V 1,7 V – 2,8 V 1,7 V – 3,0 V 1,7 V – 4,0 V 3,2 V – 4,3 V 3,2 V – 4,3 V NapiÚcie progowe naleĝy rozumieÊ takĝe w ten sposób, ĝe w obwodzie z diodÈ LED, w którym dioda ma ĂwieciÊ, naleĝy uwzglÚdniÊ spadek napiÚcia na diodzie o wielkoĂÊ odczytanÈ z tabeli 2.2. W ten sposób dowiadujemy siÚ, ĝe kaĝdy element podïÈczony do obwodu wywoïuje spadek napiÚcia. Jak to siÚ dzieje? Popatrzmy na rysunek 2.56. Z rysunku 2.56 odczytujemy, ĝe na czÚĂci ukïadu z opornikiem (rura zapchana omyïkami) spadek napiÚcia wynosi U1, a na czÚĂci z systemem napÚdzajÈcym ïo- patki robota — U2. Caïkowita róĝnica poziomów wody wynosi: U = U1 + U2. W naszym obwodzie z rezystorem i diodÈ LED spadek napiÚcia na rezystorze oznaczymy U1, natomiast spadek napiÚcia na diodzie — U2 (rysunek 5.57). Poniewaĝ obwód jest zasilany bateriÈ 4,5 V, caïkowity spadek napiÚcia wynosi: U = U1 + U2 = 4,5V. Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 85 Rysunek 2.56. Ukïad hydrauliczny Ptholemenopsa Rysunek 5.57. Zaznaczenie spadków napiÚcia na elementach obwodu No dobrze, rozwiÈĝmy wreszcie tÚ tajemnicÚ. SkÈd wiedzieliĂmy, ĝe w obwodzie potrzebny bÚdzie rezystor 150 Ÿ, a nie na przykïad 200 Ÿ czy teĝ 5 kŸ? Z prawa Ohma. Przypomnijmy sobie jeden z poznanych wzorów: UR I . Poleć książkęKup książkę 86 Przygoda z elektronikÈ NapiÚcie U dla obwodu wynosi 4,5 V. Przyjmujemy, ĝe na diodzie D1 nastÈpi spa- dek napiÚcia Ud wynoszÈcy 2,4 V (dioda ĝóïta). Naszym marzeniem jest, by dioda LED byïa zasilana prÈdem I równym 15 mA, czyli 0,015 A. StÈd obliczamy: U UR I Ud  I 4,2 5,4  V V 15 mA 1,2 V 015,0 A 140 : . Okazaïo siÚ, ĝe nasze potrzeby speïni rezystor o opornoĂci 140 Ÿ. To dobry czas, abyĂ siÚ dowiedziaï, ĝe nie produkuje siÚ rezystorów o kaĝdej wymyĂlonej oporno- Ăci. Zapewne domyĂlaïeĂ siÚ tego, ale ten fakt wymagaï wyraěnego zaznaczenia. War- toĂci rezystancji zostaïy znormalizowane i rezystory sÈ produkowane wedïug tak zwanych szeregów (tabela 2.3). Tabela 2.3. Gïówne szeregi wartoĂci rezystancji oporników produkowanych seryjnie Szereg E24 Szereg E12 Szereg E3 Szereg E6 (tolerancja 50 ) (tolerancja 20 ) (tolerancja 10 ) (tolerancja 5 ) 10 22 47 10 15 22 33 47 68 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91 Poleć książkęKup książkę Przygoda z rezystancjÈ i diodÈ LED 87 WartoĂci umieszczone w jednej kolumnie noszÈ nazwÚ dekady. W szeregu E3 istniejÈ tylko 3 wartoĂci w dekadzie (dlatego E3), szereg E6 ma 6 wartoĂci w de- kadzie itd. ZnajdujÈc potrzebnÈ rezystancjÚ opornika, bierzemy pod uwagÚ wartoĂÊ z dekady i mnoĝymy jÈ przez 1 Ÿ, 10 Ÿ, 100 Ÿ, 1 kŸ, 10 kŸ, 100 kŸ, 1 MŸ itd. Na przykïad w szeregu E24 znajdziemy rezystory o opornoĂci: 36 Ÿ, 360 Ÿ, 3600 Ÿ = 3,6 kŸ, 36 000 Ÿ = 36 kŸ, 360 000 Ÿ = 360 kŸ, 3 600 000 Ÿ = 3,6 MŸ. Z podobnymi szeregami spotykamy siÚ takĝe w ĝyciu codziennym. Przyzwyczaili- Ămy siÚ na przykïad do tego, ĝe nie ma monet o nominale 3 zï. Uĝywane w Polsce monety sÈ wielokrotnoĂciÈ nominaïów 1 zï, 2 zï i 5 zï (rysunek 5.58). Rysunek 5.58. Polskie monety zaliczylibyĂmy do szeregu E3 Jak zostaïo zaznaczone w tabeli 2.3, przynaleĝnoĂÊ do szeregu wskazuje na tole- rancjÚ rezystora. Tak jest
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Przygoda z elektroniką
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: