Introduction To Basic Electronics

Introduction To Basic Electronics

Elektroniikan perusteiden oppiminen ja omien projektien luominen on paljon helpompaa kuin luuletkaan. Tässä opetusohjelmassa annamme sinulle lyhyen yleiskatsauksen yleisimpiin elektroniikkakomponentteihin ja selitämme, mitä niiden toiminnot ovat. Sen jälkeen opit kaaviokaavioista ja siitä, miten niitä käytetään piirien suunnittelussa ja rakentamisessa. Ja lopuksi otat nämä tiedot käyttöön luomalla ensimmäisen peruspiirisi.

FREE EBOOK (PDF) – Makerspace Info Bundle

Voit ennen aloittamista varmistaa, että elektroniikkatyöpöytäsi on asetettu oikein. Työtilan ei tarvitse olla hieno, ja voit jopa rakentaa oman elektronisen työpöydän.

Säilytys

Elektroniset komponentit voivat olla pieniä, ja on hyvä pitää kaikki järjestyksessä. Suosituin vaihtoehto on käyttää kirkkaita muovisia säilytyslaatikoita osien säilyttämiseen. Lisäksi voit käyttää muovisia säilytyslaatikoita, jotka roikkuvat telineestä tai mahtuvat hyllylle.

Työkalut

Nyt kun sinulla on hyvä työtila valmiina, on aika varustaa se oikeilla työkaluilla ja laitteilla. Tämä ei ole täydellinen luettelo, mutta se tuo esiin yleisimmät elektroniikassa käytettävät esineet.

Levytaulu

Levytaulut ovat olennainen työkalu prototyyppien ja väliaikaisten piirien rakentamiseen. Näissä levyissä on reikiä johtojen ja komponenttien asettamista varten. Väliaikaisen luonteensa vuoksi niiden avulla voit luoda piirejä ilman juottamista. Leipälaudan reiät on kytketty riveihin sekä vaaka- että pystysuunnassa alla olevan kuvan mukaisesti.

Digitaalinen yleismittari

Yleismittari on laite, jolla mitataan sähkövirtaa (ampeeria), jännitettä (volttia) ja vastusta (ohmia). Se soveltuu erinomaisesti piirien vianetsintään, ja sillä voidaan mitata sekä vaihto- että tasajännitettä. Katso tästä postauksesta lisätietoja yleismittarin käytöstä.

Paristokotelot

Paristokotelo on muovikotelo, johon mahtuu paristoja 9V:stä AA:han. Jotkin pidikkeet ovat koteloituja ja niissä voi olla sisäänrakennettu on/off-kytkin.

Testijohdot (Alligator Clips)

Testijohdot sopivat erinomaisesti komponenttien yhdistämiseen toisiinsa piirin testaamiseksi ilman juottamista.

Lankaleikkuri

Lankaleikkurit ovat välttämättömiä monisäikeisen ja massiivisen kuparijohdon kuorimiseen.

Tarkkuusruuvimeisselisarja

Tarkkuusruuvimeisseleitä kutsutaan myös jalokivimeisseleiksi, ja ne tulevat yleensä setissä. Näiden etu tavallisiin ruuvimeisseleihin nähden on kunkin ruuvimeisselin tarkat kärjet. Nämä ovat erittäin käteviä, kun työskennellään elektroniikan parissa, joka sisältää pieniä ruuveja.

Helppo 3. käsi

Elektroniikan parissa työskennellessä tuntuu, ettei koskaan riitä kädet pitelemään kaikkea. Tässä kohtaa auttava käsi (3. käsi) tulee kuvaan mukaan. Sopii loistavasti piirilevyjen tai johtojen pitämiseen juotettaessa tai tinattaessa.

Lämpöpistooli

Lämpöpistoolia käytetään kutistemuoviletkujen, niin sanottujen lämpökutistemuoviputkien kutistamiseen suojaamaan paljaita johtoja. Lämpökutistetta on kutsuttu elektroniikan ilmastointiteipiksi, ja se on kätevä monissa eri sovelluksissa.

Jumpperi johdot

Nämä johdot ovat leipä- ja kehityslevyjen kanssa käytettäviä johtoja, ja ne ovat yleensä 22-28 AWG:n massiivilankaa. Jumpperijohdoissa voi olla uros- tai naaraspäitä riippuen siitä, miten niitä halutaan käyttää.

Juotosrauta

Kun on aika luoda pysyvä piiri, haluat juottaa osat yhteen. Tätä varten käytät työkaluna juotosrautaa. Tietenkään juotosraudasta ei ole mitään hyötyä, ellei sinulla ole juotetta sen kanssa. Voit valita lyijyä sisältävän tai lyijyttömän juotteen muutamalla halkaisijalla.

Elektroniset komponentit

Nyt on aika puhua erilaisista komponenteista, jotka saavat elektroniikkaprojektisi elämään. Alla on nopea erittely yleisimmistä komponenteista ja niiden suorittamista toiminnoista.

Kytkin

Kytkimiä voi olla monessa muodossa, kuten painonappi, keinukytkin, hetkellinen ja muita. Niiden perustehtävä on katkaista sähkövirta kytkemällä virtapiiri päälle tai pois päältä.

Resistori

Resistoreja käytetään vastustamaan virran kulkua tai ohjaamaan jännitettä piirissä. Vastuksen tarjoama vastuksen määrä mitataan ohmissa. Useimmissa vastuksissa on värillisiä raitoja ulkopuolella, ja tämä koodi kertoo sen vastusarvon. Voit käyttää yleismittaria tai Digikeyn vastuksen värikoodilaskuria vastuksen arvon määrittämiseen.

Muuttuva vastus (potentiometri)

Muuttuva vastus tunnetaan myös nimellä potentiometri. Näitä komponentteja löytyy laitteista, kuten valon himmentimestä tai radion äänenvoimakkuuden säätimestä. Kun potentiometrin akselia käännetään, vastus muuttuu piirissä.

Valosta riippuvainen vastus (LDR)

Valosta riippuvainen vastus on myös muuttuva vastus, mutta sitä ohjataan valolla eikä nupin kääntämisellä. Piirin vastus muuttuu valon voimakkuuden mukaan. Näitä löytyy usein ulkovalaisimista, jotka kytkeytyvät automaattisesti päälle hämärässä ja pois päältä aamunkoitteessa.

Kondensaattori

Kondensaattorit varastoivat sähköä ja purkavat sen sitten takaisin piiriin, kun jännite laskee. Kondensaattori on kuin ladattava akku ja sitä voidaan ladata ja sitten purkaa. Arvo mitataan F (Farad), nano Farad (nF) tai pico Farad (pF) -alueella.

Diodi

Diodi sallii sähkön virtaamisen yhteen suuntaan ja estää sen virtaamisen toiseen suuntaan. Diodin ensisijainen tehtävä on ohjata sähköä kulkemasta ei-toivottua reittiä piirissä.

Valodiodi (LED)

Valodiodi muistuttaa tavallista diodia siinä, että sähkövirta kulkee vain yhteen suuntaan. Tärkein ero on se, että ledi säteilee valoa, kun sen läpi virtaa sähköä. LEDin sisällä on anodi ja katodi. Virta kulkee aina anodilta (+) katodille (-) eikä koskaan vastakkaiseen suuntaan. LEDin pidempi jalka on positiivinen (anodi) puoli.

Transistori

Transistorit ovat pieniä kytkimiä, jotka kytkevät virran päälle tai pois päältä sähköisen signaalin laukaistessa. Sen lisäksi, että se toimii kytkimenä, sitä voidaan käyttää myös elektronisten signaalien vahvistamiseen. Transistori muistuttaa relettä, paitsi että siinä ei ole liikkuvia osia.

Rele

Rele on sähköisesti toimiva kytkin, joka avautuu tai sulkeutuu, kun siihen kytketään virta. Releen sisällä on sähkömagneetti, joka ohjaa mekaanista kytkintä.

Integroitu piiri (IC)

Integroitu piiri on piiri, joka on pienennetty niin, että se mahtuu pienen sirun sisään. Tämä piiri sisältää elektronisia komponentteja, kuten vastuksia ja kondensaattoreita, mutta paljon pienemmässä mittakaavassa. Integroituja piirejä on erilaisia muunnelmia, kuten 555-ajastimia, jännitteensäätimiä, mikrokontrollereita ja monia muita. Jokainen integroidun piirin nasta on toiminnaltaan ainutlaatuinen.

Mikä on piiri?

Ennen kuin suunnittelet elektroniikkaprojektin, sinun on tiedettävä, mikä piiri on ja miten se luodaan kunnolla.

Elektroninen piiri on ympyränmuotoinen johtimien polku, jota pitkin sähkövirta voi kulkea. Suljettu piiri on kuin ympyrä, koska se alkaa ja päättyy samaan pisteeseen muodostaen täydellisen silmukan. Lisäksi suljetussa piirissä sähkövirta voi virrata (+) virrasta (-) maahan keskeytyksettä.

Sähkövirran virrassa on sitä vastoin katkos, jota kutsutaan avoimeksi piiriksi. Kuten alla on esitetty, virtapiirissä oleva kytkin voi aiheuttaa sen, että virtapiiri on auki tai kiinni sen asennosta riippuen.

Kaikki virtapiirit tarvitsevat kolme peruselementtiä. Nämä elementit ovat jännitelähde, johtava polku ja kuorma.

Jännitelähdettä, kuten paristoa, tarvitaan, jotta virta saadaan kulkemaan piirin läpi. Lisäksi tarvitaan johtava polku, joka tarjoaa reitin sähkön virtaamiselle. Lopuksi kunnollinen virtapiiri tarvitsee kuorman, joka kuluttaa virtaa. Yllä olevassa piirissä kuorma on hehkulamppu.

Skeemakaavio

Työskennellessäsi piirien parissa löydät usein jotain, jota kutsutaan skeemakaavioksi. Näissä kaavioissa käytetään symboleja havainnollistamaan, mitä elektronisia komponentteja käytetään ja mihin ne on sijoitettu piirissä. Nämä symbolit ovat varsinaisten elektroniikkakomponenttien graafisia esityksiä.

Alhaalla on esimerkki kaaviokaaviosta, joka kuvaa LED-piiriä, jota ohjataan kytkimellä. Se sisältää symbolit LEDille, vastukselle, paristolle ja kytkimelle. Seuraamalla kaaviokuvaa voit tietää, mitä komponentteja tulee käyttää ja mihin ne tulee sijoittaa. Nämä kaaviot ovat erittäin hyödyllisiä aloittelijoille, kun he opettelevat ensimmäistä kertaa piirejä.

Elektroniikkasymboleja on monenlaisia, ja ne vaihtelevat hieman eri maissa. Alla on muutamia Yhdysvalloissa yleisimmin käytettyjä elektroniikkasymboleja.

How To Determine A Resistor Size

Vastuksia käytetään yleisesti elektroniikkaprojekteissa, ja on tärkeää tietää, mitä kokoa käyttää. Vastuksen arvon löytämiseksi sinun on tiedettävä ledisi ja paristosi jännite ja ampeerit.

Vakiomallinen led tarvitsee yleensä noin 2 V:n jännitteen ja 20 mA:n tai 0,02 A:n virran toimiakseen oikein. Seuraavaksi sinun on selvitettävä, mikä on akkusi jännite. Tässä esimerkissä käytämme 9V:n paristoa. Vastuksen koon määrittämiseksi meidän on käytettävä kaavaa, joka tunnetaan nimellä Ohmin laki, kuten alla on esitetty.

Ohmin laki – Resistanssi (R) = Jännite (V) / Virta (I)

• Resistanssi mitataan ohmeina (Ω)
• Jännite mitataan voltteina (V)
• Virta mitataan ampeereina (A)

Ohmin lakia käyttäen, sinun on vähennettävä ledin jännite akun jännitteestä. Näin saat jännitteeksi 7, joka on jaettava LEDin tuottamalla 0,02 ampeerilla. Tämä kaava osoittaa, että tarvitset 350 Ω:n vastuksen.

Huomautuksena, että tavallisia vastuksia ei ole saatavana 350 Ω:n vastuksina, mutta niitä on saatavana 330 Ω:n vastuksina, jotka toimivat hyvin.

Elektroniikkaprojekti #1

Nyt on aika yhdistää kaikki oppimasi ja luoda peruspiiri. Tämä projekti on loistava aloitusprojekti aloittelijoille. Käytämme testijohtoja luodaksemme väliaikaisen piirin ilman juottamista yhteen.

Tarvittavat osat:

• 9V Battery
• Batteri Snap-on Connector
• Testijohdot w/ Alligator Clips
• 330 Ohm Resistor
• LED – Basic Red 5mm

Schematic Diagram

Projektin vaiheet

1. Kiinnitä paristoklipsi 9V:n pariston päälle.
2. Paristoklipsin punainen johto kytketään yhteen alligaattoriklipsin punaiseen testijohtimeen.
3. Punaisen testijohdon toinen pää kytketään ledin pitkään jalkaan (+).
4. Kytke yksi alligaattoriliitin mustasta testijohdosta ledin lyhyeen jalkaan (-).
5. Mustan testijohdon toinen pää kytketään 330 Ω:n vastuksen toiseen jalkaan.
6. Klipsauta toisen mustan testijohdon toinen puoli 330 Ω:n vastuksen toiseen jalkaan.
7. Mustan testijohdon vastakkainen pää kytketään mustaan paristojohtimeen.

TÄRKEÄÄ – Älä koskaan kytke LEDiä suoraan 9 V:n paristoon ilman vastusta piirissä. Näin tehdessä LED vaurioituu/tuhoutuu. Voit kuitenkin liittää LEDin 3V:n tai pienempään paristoon ilman vastusta.

Miten käyttää leipälautaa

Toinen tapa luoda ja testata piiriä on rakentaa se leipälaudalle. Nämä levyt ovat välttämättömiä piirien testaamiseen ja prototyyppien luomiseen, koska juottamista ei tarvita. Komponentit ja johdot työnnetään reikiin väliaikaisen piirin muodostamiseksi. Koska se ei ole pysyvä, voit kokeilla ja tehdä muutoksia, kunnes haluttu lopputulos on saavutettu.

Kunkin rivin reikien alapuolella on metalliklipsit, jotka yhdistävät reiät toisiinsa. Keskimmäiset rivit kulkevat pystysuoraan kuvan mukaisesti, kun taas ulommat pylväät on yhdistetty vaakasuoraan. Näitä ulkopuolisia sarakkeita kutsutaan virtakiskoiksi, ja niitä käytetään vastaanottamaan ja syöttämään virtaa levylle.

Levytauluihin on syötettävä virtaa, ja tämä voidaan tehdä muutamalla tavalla. Yksi helpoimmista tavoista on kytkeä paristokotelosta tulevat johdot virtakiskoihin. Tämä syöttää jännitteen vain siihen kiskoon, johon se on kytketty.

Voidaksesi syöttää virtaa molempiin kiskoihin, sinun täytyy käyttää hyppyjohdinta (+) ja (-) kiskosta vastakkaisella puolella olevaan kiskoon.

Elektroniikkaprojekti #2

Nyt opettelemme, miten leipälaudalle luodaan piiri. Tämä piiri on täsmälleen sama, jonka teimme aiemmin, mutta emme käytä testijohtoja.

Tarvittavat osat:

• 9V paristo
• pariston pikaliitin
• 330 Ohm vastus
• LED – perus punainen 5mm
• leipälauta- Half Size

Schematic Diagram

Projektin vaiheet

1. Kiinnitä paristoklipsi 9V pariston yläosaan.
2. Asenna paristoklipsistä tuleva punainen johto leipälaudan F9:ään.
3. Asenna paristoklipsistä tuleva musta johto leipälaudan J21:een.
4. Taivuta 330 Ω:n vastuksen jalat ja aseta toinen jalka F21:een.
5. Sijoita vastuksen toinen jalka F15:een.
6. Sijoita ledin lyhyt jalka J15:een ja pitkä jalka J9:een.

Punaiset nuolet alla olevassa kuvassa auttavat osoittamaan, miten sähkö kulkee tässä piirissä. Kaikki komponentit on kytketty toisiinsa ympyrään aivan kuten silloin, kun käytimme testijohtoja.

TÄRKEÄÄ – Älä koskaan kytke lediä suoraan 9 V:n paristoon ilman vastusta piirissä. Näin tehdessäsi LED vahingoittuu/tuhoutuu.

How To Solder

Jos haluat tehdä piiristäsi pysyvän, sinun on juotettava se yhteen. Jos haluat perusteellisen ohjeen elektroniikan juottamisesta, katso postauksestamme How To Solder (Kuinka juottaa) täydellinen vaiheittainen opas.

Elektroniikkatarjonta

Verkosta löytyy paljon hyviä paikkoja elektroniikkakomponenttien, osien ja työkalujen löytämiseen. Alla on luettelo suosikkipaikoistamme elektroniikkaostoksille.

• Mouser Electronics
• DigiKey
• Newark Element 14
• Sparkfun Electronics
• Adafruit
• All Electronics
• MCM Electronics
• Jameco