Bevezetés az alapvető elektronikába

Bevezetés az alapvető elektronikába

Az alapvető elektronika megismerése és saját projektek létrehozása sokkal egyszerűbb, mint gondolnád. Ebben az oktatóanyagban rövid áttekintést adunk a gyakori elektronikai alkatrészekről, és elmagyarázzuk, hogy mi a funkciójuk. Ezután megismerkedhetsz a kapcsolási rajzokkal és azzal, hogyan használják őket az áramkörök tervezéséhez és építéséhez. Végül pedig ezeket az információkat felhasználhatod az első alapáramköröd létrehozásával.

INGYENES EBOOK (PDF) – Makerspace Info Bundle

Mielőtt belevágnál, győződj meg róla, hogy az elektronikus munkapadod megfelelően be van-e állítva. A munkaterületnek nem kell díszesnek lennie, és akár saját elektronikus munkapadot is építhetsz.

Tárolás

Az elektronikus alkatrészek kicsik lehetnek, és jó ötlet, ha mindent rendben tartasz. A legnépszerűbb megoldás az átlátszó műanyag tárolódobozok használata az alkatrészek tárolására. Ezenkívül használhat műanyag tárolóedényeket is, amelyek egy állványról lógnak vagy egy polcra illeszkednek.

Szerszámok

Most, amikor már kialakított egy jó munkaterületet, itt az ideje, hogy feltöltse azt a megfelelő szerszámokkal és berendezésekkel. Ez nem egy teljes lista, de kiemeli az elektronikában leggyakrabban használt eszközöket.

Kenyérlap

A kenyérlapok nélkülözhetetlenek a prototípusok készítéséhez és az ideiglenes áramkörök építéséhez. Ezek a lapok lyukakat tartalmaznak a huzalok és alkatrészek behelyezéséhez. Ideiglenes jellegük miatt lehetővé teszik az áramkörök forrasztás nélküli létrehozását. A kenyértáblán lévő lyukak vízszintesen és függőlegesen is sorokba vannak kötve az alábbi ábrán látható módon.

Digitális multiméter

A multiméter egy olyan eszköz, amelyet elektromos áram (amper), feszültség (volt) és ellenállás (ohm) mérésére használnak. Kiválóan alkalmas áramkörök hibaelhárítására, és képes váltó- és egyenfeszültség mérésére egyaránt. Ebben a bejegyzésben további információkat talál a multiméter használatáról.

Akkutartók

Az akkumulátortartó egy műanyag tok, amely 9 V-tól AA-ig terjedő elemeket tart. Egyes tartók zártak, és lehetnek beépített be-/kikapcsolóval.

Próbavezetékek (aligátorcsipeszek)

A próbavezetékek kiválóan alkalmasak alkatrészek összekapcsolására egy áramkör teszteléséhez forrasztás nélkül.

Drótvágó

A drótvágók elengedhetetlenek a sodrott és tömör rézhuzalok lecsupaszításához.

Precíziós csavarhúzó készlet

A precíziós csavarhúzók ékszerész csavarhúzóként is ismertek, és általában készletben kerülnek forgalomba. Ezek előnye a normál csavarhúzókkal szemben az egyes csavarhúzók precíziós hegyei. Ezek nagyon praktikusak, ha olyan elektronikával dolgozunk, amely apró csavarokat tartalmaz.

Segítő 3. kéz

Az elektronikával való munka során úgy tűnik, sosincs elég kezünk, hogy mindent megfogjunk. Itt jön a képbe a segítő kéz (3. kéz). Kiválóan alkalmas áramköri lapok vagy huzalok tartására forrasztás vagy ónozás közben.

Hőpisztoly

A hőpisztolyt a hőzsugorításként ismert műanyag csövek zsugorítására használják, hogy segítsen megvédeni a szabadon lévő vezetékeket. A hőzsugorítót az elektronika ragasztószalagjának nevezik, és sokféle alkalmazásban jól jön.

Jumperhuzal

Ezeket a vezetékeket a breadboard és a fejlesztési lapoknál használják, és általában 22-28 AWG szilárd magvas huzalok. Az átkötőhuzalok lehetnek férfi vagy női végűek attól függően, hogy hogyan kell használni őket.

forrasztópáka

Amikor eljön az ideje, hogy egy állandó áramkört hozzon létre, össze kell forrasztania az alkatrészeket. Ehhez egy forrasztópáka az az eszköz, amit használni fogsz. Természetesen a forrasztópáka nem jó, ha nincs hozzá forraszanyag. Választhat ólmozott vagy ólommentes forraszforrasztót néhány átmérőben.

Elektronikus alkatrészek

Most itt az ideje, hogy beszéljünk a különböző alkatrészekről, amelyek életre keltik az elektronikus projekteket. Az alábbiakban a leggyakoribb alkatrészek és az általuk végzett funkciók gyors lebontása következik.

Kapcsoló

A kapcsolóknak számos formája lehet, például nyomógomb, billenő, pillanatnyi és mások. Alapvető funkciójuk az elektromos áram megszakítása egy áramkör be- vagy kikapcsolásával.

ellenállás

Az ellenállók arra szolgálnak, hogy ellenálljanak az áram folyásának, vagy szabályozzák a feszültséget egy áramkörben. Az ellenállás mértékét, amelyet egy ellenállás nyújt, Ohmban mérik. A legtöbb ellenállásnak színes csíkok vannak a külsején, és ez a kód megmondja az ellenállás értékét. Az ellenállás értékének meghatározásához használhat multimétert vagy a Digikey ellenállás színkód-kalkulátorát.

Változó ellenállás (potenciométer)

A változó ellenállást potenciométerként is ismerik. Ezek az alkatrészek olyan eszközökben találhatók, mint például egy fényerőszabályzó vagy egy rádió hangerőszabályzója. A potenciométer tengelyének elforgatásakor az ellenállás változik az áramkörben.

Fényfüggő ellenállás (LDR)

A fényfüggő ellenállás szintén változó ellenállás, de azt a fény vezérli, szemben egy gomb elforgatásával. Az áramkörben az ellenállás a fény intenzitásával változik. Ezek gyakran megtalálhatók a külső világításokban, amelyek szürkületkor automatikusan bekapcsolnak, hajnalban pedig kikapcsolnak.

Kondenzátor

A kondenzátorok áramot tárolnak, majd feszültségcsökkenéskor visszasugározzák azt az áramkörbe. A kondenzátor olyan, mint egy újratölthető akkumulátor, és feltölthető, majd lemeríthető. Az értéket F (Farad), nano Farad (nF) vagy pico Farad (pF) tartományban mérik.

Dióda

A dióda lehetővé teszi az elektromosság áramlását az egyik irányba, és megakadályozza az ellenkező irányú áramlást. A dióda elsődleges szerepe az, hogy az áramkörön belül megakadályozza, hogy az elektromosság nem kívánt útvonalon haladjon.

Fénykibocsátó dióda (LED)

A fénykibocsátó dióda abban hasonlít a hagyományos diódához, hogy az elektromos áram csak egy irányban folyik. A fő különbség az, hogy a LED fényt bocsát ki, amikor áram folyik rajta keresztül. A LED belsejében van egy anód és egy katód. Az áram mindig az anódról (+) a katódra (-) folyik, és soha nem az ellenkező irányba. A LED hosszabbik lába a pozitív (anód) oldal.

Tranzisztor

A tranzisztorok olyan apró kapcsolók, amelyek egy elektromos jel hatására áramot kapcsolnak be vagy ki. Amellett, hogy kapcsoló, elektronikus jelek erősítésére is használható. A tranzisztor hasonló a reléhez, kivéve, hogy nincsenek mozgó alkatrészei.

Relé

A relé egy elektromosan működtetett kapcsoló, amely áramellátás hatására kinyílik vagy bezáródik. A relé belsejében egy elektromágnes található, amely egy mechanikus kapcsolót vezérel.

Integrált áramkör (IC)

Az integrált áramkör egy olyan áramkör, amelyet lecsökkentettek, hogy egy apró chipben elférjen. Ez az áramkör olyan elektronikus alkatrészeket tartalmaz, mint az ellenállások és a kondenzátorok, de sokkal kisebb méretben. Az integrált áramköröknek különböző változatai vannak, például 555-ös időzítők, feszültségszabályozók, mikrokontrollerek és sok más. Egy IC minden egyes csapja egyedi a funkcióját tekintve.

Mi az áramkör?

Az elektronikus projekt tervezése előtt tudnia kell, mi az áramkör, és hogyan kell azt megfelelően létrehozni.

Az elektronikus áramkör egy vezetőkből álló körkörös út, amelyen keresztül elektromos áram folyhat. A zárt áramkör olyan, mint egy kör, mert ugyanabban a pontban kezdődik és ugyanabban a pontban végződik, teljes hurkot alkotva. Továbbá, egy zárt áramkör lehetővé teszi, hogy az elektromosság megszakítás nélkül áramoljon a (+) feszültségtől a (-) földig.

Ezzel szemben, ha az elektromosság áramlásában bármilyen szünet van, azt nyílt áramkörnek nevezzük. Ahogy az alábbiakban látható, egy kapcsoló az áramkörben a helyzetétől függően nyitott vagy zárt állapotot eredményezhet.

Minden áramkörnek három alapelemmel kell rendelkeznie. Ezek az elemek a feszültségforrás, a vezető út és a terhelés.

A feszültségforrásra, például egy akkumulátorra, azért van szükség, hogy az áram az áramkörön keresztül áramoljon. Ezenkívül szükség van egy vezető útra is, amely útvonalat biztosít az elektromosság áramlásához. Végül a megfelelő áramkörnek szüksége van egy terhelésre, amely fogyasztja az áramot. A fenti áramkörben a terhelés a villanykörte.

Sémadiagram

Az áramkörökkel való munka során gyakran találkozunk egy úgynevezett sematikus diagrammal. Ezek az ábrák szimbólumokkal szemléltetik, hogy milyen elektronikus alkatrészeket használnak, és hol helyezkednek el az áramkörben. Ezek a szimbólumok a tényleges elektronikus alkatrészek grafikus ábrázolásai.

Az alábbiakban egy kapcsoló által vezérelt LED-áramkört ábrázoló kapcsolási rajz példája látható. Egy LED, egy ellenállás, egy elem és egy kapcsoló szimbólumait tartalmazza. A kapcsolási rajzot követve megtudhatja, hogy milyen alkatrészeket kell használni, és hová kell helyezni őket. Ezek a kapcsolási rajzok rendkívül hasznosak a kezdők számára, amikor először tanulnak áramköröket.

Az elektronikus szimbólumoknak számos típusa létezik, és ezek országonként kissé eltérőek. Az alábbiakban bemutatunk néhányat az USA-ban leggyakrabban használt elektronikus szimbólumok közül.

Hogyan határozzuk meg az ellenállás méretét

Az ellenállásokat gyakran használják az elektronikai projektekben, és fontos tudni, hogy milyen méretet kell használni. Az ellenállás értékének meghatározásához ismernie kell a LED és az akkumulátor feszültségét és áramerősségét.

A szabványos LED-nek általában körülbelül 2 V feszültségre és 20 mA vagy 0,02 A áramra van szüksége a megfelelő működéshez. Ezután meg kell tudnia, hogy milyen feszültségű az akkumulátora. Ebben a példában 9V-os elemet fogunk használni. Az ellenállás méretének meghatározásához az alábbiakban bemutatott Ohm-törvény néven ismert képletet kell használnunk.

Ohm törvénye – Ellenállás (R) = Feszültség (V) / Áram (I)

• Az ellenállást Ohmban (Ω)
• A feszültséget voltban (V)
• Az áramot amperben (A)

Ohm törvényét használva, ki kell vonni a LED feszültségét az akkumulátor feszültségéből. Ez 7-es feszültséget ad, amelyet el kell osztani a LED-től származó 0,02 amperrel. Ez a képlet azt mutatja, hogy 350 Ω ellenállásra lesz szükséged.

Megjegyzem, a szabványos ellenállások nem 350 Ω-ban kaphatók, de 330 Ω-ban kaphatók, ami jól fog működni.

Elektronikai projekt #1

Most itt az ideje, hogy kombináld mindazt, amit tanultál, és létrehozz egy alapáramkört. Ez a projekt egy nagyszerű kezdő projekt kezdőknek. Tesztvezetékeket fogunk használni, hogy ideiglenes áramkört hozzunk létre anélkül, hogy összeforrasztanánk.

Szükséges alkatrészek:

Szükséges alkatrészek:

• 9V akkumulátor
• Battery Snap-on Connector
• Test Lead w/ Alligator Clips
• 330 Ohm Resistance
• LED – Basic Red 5mm

Schematic Diagram

Project Steps

1. A 9V-os elem tetejére csatlakoztassa az elemcsipeszt.
2. Az akkumulátorcsipeszből származó piros vezetéket csatlakoztassa a piros tesztvezeték egyik krokodilcsipeszéhez.
3. A piros tesztvezeték másik végét a LED hosszú lábához (+) csatlakoztatja.
4. A fekete tesztvezeték egyik krokodilcsipeszét a LED rövid lábához (-) csatlakoztatja.
5. A fekete tesztvezeték másik végét a 330 Ω-os ellenállás egyik lábához csípteti.
6. A másik fekete tesztvezeték egyik oldalát csíptesse a 330 Ω-os ellenállás másik lábához.
7. A fekete tesztvezeték másik végét csatlakoztassa a fekete akkumulátor vezetékéhez.

FONTOS – Soha ne csatlakoztasson LED-et közvetlenül 9 V-os akkumulátorhoz anélkül, hogy ellenállás lenne az áramkörben. Ellenkező esetben a LED károsodik/tönkremegy. Ellenállás nélkül azonban csatlakoztathat egy LED-et egy 3 V-os vagy kisebb akkumulátorhoz.

Hogyan használjunk kenyérlapot

Egy másik módja egy áramkör létrehozásának és tesztelésének, ha kenyérlapra építjük azt. Ezek a táblák elengedhetetlenek az áramkörök teszteléséhez és prototípusok készítéséhez, mivel nincs szükség forrasztásra. Az alkatrészeket és a vezetékeket a lyukakba nyomják, hogy ideiglenes áramkört alakítsanak ki. Mivel ez nem állandó, kísérletezhet és változtathat, amíg el nem éri a kívánt eredményt.

Az egyes sorok lyukai alatt fémkapcsok vannak, amelyek összekötik a lyukakat egymással. A középső sorok a képen látható módon függőlegesen futnak, míg a külső oszlopok vízszintesen vannak összekötve. Ezeket a külső oszlopokat tápkábeleknek nevezik, és arra szolgálnak, hogy áramot fogadjanak és szolgáltassanak a táblának.

A kenyértábláknak szükségük van áramellátásra, és ez többféleképpen is megoldható. Az egyik legegyszerűbb módja az, hogy az akkumulátortartóból származó vezetékeket a tápellátó sínekre csatlakoztatjuk. Ez csak azt a sínt látja el feszültséggel, amelyikbe be van dugva.

Hogy mindkét sínt táplálja, egy átkötő vezetékkel kell a (+) és (-) sínről az ellenkező oldalon lévő sínre vezetni.

Elektronikai projekt #2

Most megtanuljuk, hogyan hozzunk létre egy áramkört egy breadboardon. Ez az áramkör pontosan ugyanaz, mint amit korábban csináltunk, de nem fogjuk használni a tesztvezetékeket.

Szükséges alkatrészek:

Szükséges alkatrészek:

• 9V-os akkumulátor
• Akku Snap-on csatlakozó
• 330 Ohm ellenállás
• LED – Basic Red 5mm
• Breadboard-. Félméret

Sémadiagram

Projekt lépései

1. A 9V-os elem tetejére rögzítsük az elemcsipeszt.
2. Az elemcsipeszből származó piros vezetéket helyezze a kenyérlap F9-es részébe.
3. Az elemcsipeszből származó fekete vezetéket helyezze a kenyérlap J21-es részébe.
4. Hajlítsa meg a 330 Ω ellenállás lábait, és helyezze az egyik lábát az F21-es részbe.
5. Az ellenállás másik lábát helyezze az F15-be.
6. A LED rövid lábát helyezze a J15-be, a hosszú lábát pedig a J9-be.

A lenti képen látható piros nyilak segítenek megmutatni, hogyan áramlik az áram ebben az áramkörben. Minden alkatrész egy körben van összekötve egymással, mint amikor a tesztvezetékeket használtuk.

FONTOS – Soha ne csatlakoztassunk egy LED-et közvetlenül egy 9V-os elemhez anélkül, hogy ellenállás lenne az áramkörben. Ha így teszel, az károsítja/tönkreteszi a LED-et.

Hogyan kell forrasztani

Ha állandóvá akarod tenni az áramkört, akkor össze kell forrasztanod. Az elektronika forrasztásának részletes bemutatásához tekintse meg a Hogyan forrasztani című bejegyzésünket, ahol lépésről lépésre teljes útmutatót talál.

Elektronikai ellátás

Az interneten számos nagyszerű hely van, ahol elektronikus alkatrészeket, alkatrészeket és szerszámokat találhat. Az alábbiakban felsoroljuk kedvenc elektronikai beszerzési helyeinket.

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