Úvod do základů elektroniky
Poznat základy elektroniky a vytvářet vlastní projekty je mnohem jednodušší, než si možná myslíte. V tomto výukovém kurzu vám poskytneme stručný přehled běžných elektronických součástek a vysvětlíme, jaké jsou jejich funkce. Poté se seznámíte se schématy a jejich použitím při návrhu a sestavování obvodů. A nakonec tyto informace využijete při tvorbě svého prvního základního obvodu.
ZADARMO EBOOK (PDF) – Makerspace Info Bundle
Než začnete, ujistěte se, že je váš elektronický pracovní stůl správně nastaven. Pracovní plocha nemusí být nijak přepychová a můžete si dokonce postavit vlastní elektronický pracovní stůl.
Uložení
Elektronické součástky mohou být malé a je dobré mít vše uspořádané. Nejoblíbenější možností je použití průhledných plastových úložných boxů pro ukládání součástek. Kromě toho můžete použít plastové úložné boxy, které se zavěsí na stojan nebo se vejdou na polici.
Nástroje
Když už máte dobře připravený pracovní prostor, je na čase ho zásobit vhodnými nástroji a vybavením. Tento seznam není úplný, ale upozorňuje na nejběžnější položky používané v elektronice.
Deska
Desky jsou nezbytným nástrojem pro tvorbu prototypů a dočasných obvodů. Tyto desky obsahují otvory pro vložení vodičů a součástek. Díky své dočasné povaze umožňují vytvářet obvody bez pájení. Otvory v breadboardu jsou zapojeny v řadách vodorovně i svisle, jak je znázorněno níže.
Digitální multimetr
Multimetr je zařízení, které se používá k měření elektrického proudu (ampéry), napětí (volty) a odporu (ohmy). Je skvělý pro vyhledávání poruch v obvodech a je schopen měřit střídavé i stejnosměrné napětí. Další informace o používání multimetru najdete v tomto příspěvku.
Držáky baterií
Držák baterií je plastové pouzdro, do kterého se vejdou baterie od 9V po AA. Některé držáky jsou uzavřené a mohou mít zabudovaný vypínač.
Testovací vodiče (aligátorové svorky)
Testovací vodiče se skvěle hodí ke spojování součástek a testování obvodů bez nutnosti pájení.
Nůžky na dráty
Nůžky na dráty jsou nezbytné pro odizolování slaněných a plných měděných vodičů.
Sada přesných šroubováků
Přesné šroubováky jsou také známé jako klenotnické šroubováky a obvykle se dodávají jako sada. Jejich výhodou oproti běžným šroubovákům jsou přesné hroty každého z nich. Jsou velmi užitečné při práci s elektronikou, která obsahuje drobné šroubky.
Pomocná třetí ruka
Při práci s elektronikou se zdá, že nikdy nemáte dost rukou, abyste všechno udrželi. Zde přichází na řadu pomocná ruka (3. ruka). Skvěle se hodí k přidržování desek plošných spojů nebo vodičů při pájení nebo cínování.
Heat Gun
Heat Gun se používá ke smršťování plastových trubiček známých jako smršťovací, které pomáhají chránit obnažené vodiče. Tepelná smršťovačka je nazývána lepicí páskou elektroniky a hodí se v nejrůznějších aplikacích.
Spojovací vodiče
Tyto vodiče se používají u desek typu breadboard a vývojových desek a obvykle se jedná o vodiče s pevným jádrem 22-28 AWG. Propojovací vodiče mohou mít samčí nebo samičí konce v závislosti na tom, jak je třeba je použít.
Pájka
Když přijde čas vytvořit trvalý obvod, budete chtít součástky k sobě připájet. K tomu použijete páječku. Pájka je samozřejmě k ničemu, pokud k ní nemáte pájku. Můžete si vybrat olovnatou nebo bezolovnatou pájku v několika průměrech.
Elektronické součástky
Nyní je čas promluvit si o různých součástkách, díky kterým vaše elektronické projekty ožijí. Níže je uveden stručný přehled nejběžnějších součástek a funkcí, které plní.
Spínače
Spínače mohou mít mnoho podob, například tlačítkové, kolébkové, momentové a další. Jejich základní funkcí je přerušit elektrický proud zapnutím nebo vypnutím obvodu.
Rezistor
Rezistory se používají k odolávání průtoku proudu nebo k řízení napětí v obvodu. Velikost odporu, který rezistor klade, se měří v ohmech. Většina rezistorů má na vnější straně barevné proužky a tento kód vám řekne jeho hodnotu odporu. K určení hodnoty rezistoru můžete použít multimetr nebo kalkulačku barevných kódů rezistorů Digikey.
Proměnný rezistor (potenciometr)
Proměnný rezistor je také známý jako potenciometr. Tyto součástky lze nalézt v zařízeních, jako je stmívač světla nebo ovládání hlasitosti rádia. Při otáčení hřídelí potenciometru se v obvodu mění odpor.
Světelně závislý rezistor (LDR)
Světelně závislý rezistor je také proměnný rezistor, ale je řízen světlem oproti otáčení knoflíku. Odpor v obvodu se mění s intenzitou světla. Často se vyskytují ve venkovních světlech, která se automaticky zapínají za soumraku a vypínají za svítání.
Kondenzátor
Kondenzátory uchovávají elektrickou energii a při poklesu napětí ji vybíjejí zpět do obvodu. Kondenzátor je jako dobíjecí baterie a lze jej nabíjet a následně vybíjet. Hodnota se měří v rozsahu F (Farad), nano Farad (nF) nebo pico Farad (pF).
Dioda
Dioda umožňuje průtok elektřiny jedním směrem a blokuje její průtok opačným směrem. Hlavním úkolem diody je vést elektřinu tak, aby se v obvodu nevydala nežádoucí cestou.
Světelná dioda (LED)
Světelná dioda se podobá standardní diodě v tom, že elektrický proud teče pouze jedním směrem. Hlavní rozdíl je v tom, že LED dioda bude vyzařovat světlo, když jí bude protékat elektrický proud. Uvnitř diody LED se nachází anoda a katoda. Proud teče vždy od anody (+) ke katodě (-) a nikdy ne opačným směrem. Delší noha LED je kladná (anodová) strana.
Tranzistor
Tranzistor je malý spínač, který zapíná nebo vypíná proud, když je spuštěn elektrickým signálem. Kromě toho, že slouží jako spínač, mohou být také použity k zesílení elektronických signálů. Tranzistor je podobný relé, jen nemá žádné pohyblivé části.
Relé
Relé je elektricky ovládaný spínač, který se otevírá nebo zavírá po přivedení napájení. Uvnitř relé je elektromagnet, který ovládá mechanický spínač.
Integrovaný obvod (IC)
Integrovaný obvod je obvod, který byl zmenšen tak, aby se vešel do malého čipu. Tento obvod obsahuje elektronické součástky jako rezistory a kondenzátory, ale v mnohem menším měřítku. Integrované obvody se vyrábějí v různých variantách, jako jsou časovače 555, regulátory napětí, mikrokontroléry a mnoho dalších. Každý pin na integrovaném obvodu je z hlediska své funkce jedinečný.
Co je to obvod?
Před návrhem elektronického projektu musíte vědět, co je to obvod a jak ho správně vytvořit.
Elektronický obvod je kruhová dráha z vodičů, kterou může protékat elektrický proud. Uzavřený obvod je jako kruh, protože začíná a končí ve stejném bodě a tvoří úplnou smyčku. Uzavřený obvod navíc umožňuje nepřerušený tok elektřiny od (+) napájení k (-) zemi.
Proti tomu pokud dojde k jakémukoli přerušení toku elektřiny, označuje se to jako otevřený obvod. Jak je znázorněno níže, spínač v obvodu může v závislosti na své poloze způsobit jeho otevření nebo uzavření.
Všechny obvody musí mít tři základní prvky. Těmito prvky jsou zdroj napětí, vodivá cesta a zátěž.
Zdroj napětí, například baterie, je nutný k tomu, aby obvodem protékal proud. Kromě toho musí existovat vodivá cesta, která zajišťuje průchod elektrického proudu. A konečně, správný obvod potřebuje zátěž, která spotřebovává energii. Ve výše uvedeném obvodu je zátěží žárovka.
Schematické schéma
Při práci s obvody se často setkáte s něčím, co se nazývá schéma. Tato schémata pomocí symbolů znázorňují, jaké elektronické součástky jsou použity a kde jsou v obvodu umístěny. Tyto symboly jsou grafickým znázorněním skutečných elektronických součástek.
Níže je uveden příklad schématu, který znázorňuje obvod LED diody ovládané spínačem. Obsahuje symboly pro LED diodu, rezistor, baterii a spínač. Podle schématu zapojení jste schopni zjistit, které součástky použít a kam je umístit. Tato schémata jsou velmi užitečná pro začátečníky, kteří se poprvé učí obvody.
Existuje mnoho druhů elektronických symbolů a v různých zemích se mírně liší. Níže uvádíme několik nejčastěji používaných elektronických symbolů v USA.
Jak určit velikost rezistoru
Rezistory se běžně používají v projektech elektroniky a je důležité vědět, jakou velikost použít. Abyste zjistili hodnotu rezistoru, musíte znát napětí a ampéry pro vaši LED diodu a baterii.
Běžná LED dioda obecně potřebuje ke správné funkci napětí kolem 2 V a proud 20 mA nebo 0,02 A. V případě, že je LED dioda nabitá, je třeba ji nainstalovat do sítě. Dále musíte zjistit, jaké napětí má vaše baterie. V tomto příkladu budeme používat 9V baterii. Abychom mohli určit velikost rezistoru, musíme použít vzorec známý jako Ohmův zákon, jak je uvedeno níže.
Ohmův zákon – odpor (R) = napětí (V) / proud (I)
- Odpor se měří v ohmech (Ω)
- Napětí se měří ve voltech (V)
- Proud se měří v ampérech (A)
Pomocí Ohmova zákona, je třeba odečíst napětí LED od napětí baterie. Tím získáte napětí 7, které je třeba vydělit 0,02 ampéru z LED. Z tohoto vzorce vyplývá, že budete potřebovat rezistor 350 Ω.
Poznámka: standardní rezistory se nedodávají v hodnotě 350 Ω, ale jsou k dispozici v hodnotě 330 Ω, které budou fungovat dobře.
Elektronický projekt č. 1
Nyní je čas spojit vše, co jste se naučili, a vytvořit základní obvod. Tento projekt je skvělým startovacím projektem pro začátečníky. Budeme používat zkušební vodiče, abychom vytvořili dočasný obvod, aniž bychom ho museli pájet.
Potřebné součástky:
- 9V baterie
- Baterie Snap-.on konektor
- Testovací vodiče s aligátorovými svorkami
- 330ohmový rezistor
- LED – základní červená 5mm
Schematické schéma
Kroky projektu
- Připevněte svorku na baterii k horní části 9V baterie.
- Červený vodič ze svorky baterie připojte k jedné aligátorové svorce na červeném testovacím vodiči.
- Druhý konec červeného testovacího vodiče se připojí k dlouhému ramenu (+) LED.
- Připojte jednu aligátorovou svorku z černého testovacího vodiče ke krátkému ramenu (-) LED.
- Druhý konec černého testovacího vodiče se připne k jednomu ramenu rezistoru 330 Ω.
- Jednu stranu druhého černého testovacího vodiče připněte k druhé noze rezistoru 330 Ω.
- Opačný konec černého testovacího vodiče připojte k černému vodiči baterie.
DŮLEŽITÉ – Nikdy nepřipojujte LED přímo k 9V baterii bez rezistoru v obvodu. Pokud tak učiníte, může dojít k poškození/zničení LED diody. LED diodu však můžete připojit k 3V nebo menší baterii bez rezistoru.
Jak používat destičku
Dalším způsobem, jak vytvořit a otestovat obvod, je postavit jej na destičce. Tyto desky jsou nezbytné pro testování a prototypování obvodů, protože není potřeba žádné pájení. Součástky a vodiče se zasunou do otvorů a vytvoří dočasný obvod. Protože není trvalý, můžete experimentovat a provádět změny, dokud nedosáhnete požadovaného výsledku.
Pod otvory každé řady jsou kovové svorky, které otvory navzájem spojují. Prostřední řady probíhají vertikálně, jak je znázorněno na obrázku, zatímco vnější sloupce jsou spojeny horizontálně. Tyto vnější sloupce se nazývají napájecí lišty a slouží k příjmu a napájení desky.
Desky budou potřebovat napájení a to lze provést několika způsoby. Jedním z nejjednodušších způsobů je zapojení vodičů z držáku baterie do napájecích lišt. To bude dodávat napětí pouze do té lišty, do které je zapojena.
Chcete-li napájet obě lišty, budete muset použít propojovací drát z (+) a (-) do lišty na opačné straně.
Elektronický projekt č. 2
Nyní se naučíme, jak vytvořit obvod na chlebové desce. Tento obvod je úplně stejný jako ten, který jsme dělali dříve, ale nebudeme používat testovací vodiče.
- 9V baterie
- Konektor pro přichycení baterie
- 330ohmový odpor
- LED – základní červená 5mm
- Deska- Poloviční velikost
Schematické schéma
Kroky projektu
- Na horní část 9V baterie připevněte klip na baterii.
- Vložte červený vodič ze svorky baterie do F9 na desce s plošnými spoji.
- Vložte černý vodič ze svorky baterie do J21 na desce s plošnými spoji.
- Ohněte nožičky rezistoru 330 Ω a jednu nožičku vložte do F21.
- Druhou nohu rezistoru vložte do F15.
- Krátkou nohu LED diody vložte do J15 a dlouhou nohu do J9.
Červené šipky na obrázku níže pomáhají ukázat, jak v tomto obvodu proudí elektřina. Všechny součástky jsou navzájem zapojeny do kruhu stejně, jako když jsme použili zkušební vodiče.
DŮLEŽITÉ – Nikdy nepřipojujte LED diodu přímo k 9V baterii bez rezistoru v obvodu. Pokud tak učiníte, LED diodu poškodíte/zničíte.
Jak pájet
Pokud chcete, aby byl váš obvod trvalý, budete ho muset připájet. Podrobný návod na pájení elektroniky najdete v našem příspěvku Jak pájet, kde najdete kompletní návod krok za krokem.
Dodávky elektroniky
Na internetu je spousta skvělých míst, kde najdete elektronické součástky, díly a nástroje. Níže uvádíme seznam našich oblíbených míst pro nákup elektroniky.
- Mouser Electronics
- DigiKey
- Newark Element 14
- Sparkfun Electronics
- Adafruit
- All Electronics
- MCM Electronics
- Jameco
.