Wprowadzenie do podstawowej elektroniki
Poznanie podstawowej elektroniki i tworzenie własnych projektów jest o wiele łatwiejsze niż może się wydawać. W tym poradniku przedstawimy Ci krótki przegląd popularnych komponentów elektronicznych i wyjaśnimy jakie są ich funkcje. Następnie poznasz schematy ideowe i dowiesz się jak są one używane do projektowania i budowania obwodów. I w końcu, wykorzystasz te informacje tworząc swój pierwszy podstawowy obwód.
DARMOWY EBOOK (PDF) – Makerspace Info Bundle
Zanim zaczniesz, upewnij się, że twój elektroniczny stół warsztatowy jest prawidłowo ustawiony. Obszar roboczy nie musi być wymyślny i możesz nawet zbudować swój własny elektroniczny stół warsztatowy.
Przechowywanie
Komponenty elektroniczne mogą być małe i dobrym pomysłem jest utrzymanie wszystkiego w porządku. Najpopularniejszą opcją jest użycie przezroczystych plastikowych pudełek do przechowywania części. Ponadto, można użyć plastikowych pojemników do przechowywania, które można powiesić na stojaku lub zmieścić na półce.
Narzędzia
Teraz, gdy masz już dobrze ustawioną przestrzeń roboczą, nadszedł czas, aby zaopatrzyć ją w odpowiednie narzędzia i sprzęt. To nie jest kompletna lista, ale podkreśla najczęstsze przedmioty używane w elektronice.
Płytki
Płytki są niezbędnym narzędziem do prototypowania i budowania tymczasowych obwodów. Płyty te zawierają otwory do wkładania przewodów i komponentów. Ze względu na ich tymczasową naturę, pozwalają one na tworzenie obwodów bez lutowania. Otwory w breadboardzie są połączone w rzędach zarówno poziomo jak i pionowo, jak pokazano poniżej.
Multimetr cyfrowy
Multimetr jest urządzeniem, które jest używane do pomiaru prądu elektrycznego (ampery), napięcia (wolty) i oporu (omy). Jest świetny do rozwiązywania problemów z obwodami i jest w stanie mierzyć zarówno napięcie AC jak i DC. Sprawdź ten post, aby uzyskać więcej informacji o tym, jak używać multimetru.
Uchwyty na baterie
Uchwyty na baterie to plastikowe etui, które mieści baterie od 9V do AA. Niektóre uchwyty są zamknięte i mogą mieć wbudowany włącznik/wyłącznik.
Przewody testowe (klipsy aligatorskie)
Przewody testowe są świetne do łączenia komponentów razem w celu przetestowania obwodu bez potrzeby lutowania.
Przecinak do drutu
Przecinaki do drutu są niezbędne do ściągania izolacji z drutu miedzianego i litego.
Zestaw wkrętaków precyzyjnych
Wkrętaki precyzyjne są również znane jako wkrętaki jubilerskie i zazwyczaj są dostarczane w zestawie. Ich zaletą w porównaniu z normalnymi śrubokrętami są precyzyjne końcówki każdego z nich. Są one bardzo przydatne podczas pracy z elektroniką, która zawiera małe śrubki.
Pomocna 3. ręka
Podczas pracy z elektroniką wydaje się, że nigdy nie ma się wystarczająco dużo rąk, aby utrzymać wszystko. To jest miejsce, gdzie pomocna dłoń (3rd hand) przychodzi z pomocą. Świetna do trzymania płytek drukowanych lub drutu podczas lutowania lub cynowania.
Grzejnik
Grzejnik jest używany do obkurczania plastikowych rurek znanych jako termokurczliwe, aby pomóc chronić odsłonięty drut. Taśma termokurczliwa została nazwana taśmą klejącą elektroniki i jest przydatna w wielu zastosowaniach.
Zworki
Te przewody są używane z płytami głównymi i płytami rozwojowymi i są zazwyczaj 22-28 AWG drutem litym. Przewody zworkowe mogą mieć końcówki męskie lub żeńskie, w zależności od tego, jak mają być używane.
Lutownica
Gdy nadejdzie czas na stworzenie stałego obwodu, będziesz chciał zlutować części razem. Aby to zrobić, lutownica jest narzędziem, którego będziesz używał. Oczywiście lutownica nie jest dobra, jeśli nie masz do niej lutu. Możesz wybrać lutownicę ołowiową lub bezołowiową w kilku średnicach.
Komponenty elektroniczne
Teraz nadszedł czas, aby porozmawiać o różnych komponentach, które sprawiają, że twoje projekty elektroniczne stają się rzeczywistością. Poniżej znajduje się szybki podział najbardziej powszechnych komponentów i funkcji, które wykonują.
Przełącznik
Przełączniki mogą występować w wielu formach, takich jak przycisk, kołyskowy, chwilowy i inne. Ich podstawową funkcją jest przerywanie prądu elektrycznego poprzez włączanie lub wyłączanie obwodu.
Resistor
Resistory są używane do przeciwstawiania się przepływowi prądu lub do kontrolowania napięcia w obwodzie. Ilość oporu, który oferuje rezystor jest mierzona w Ohmach. Większość rezystorów ma kolorowe paski na zewnątrz i ten kod powie Ci jego wartość oporu. Możesz użyć multimetru lub kalkulatora kodów kolorów rezystorów Digikey, aby określić wartość rezystora.
Rezystor zmienny (potencjometr)
Rezystor zmienny jest również znany jako potencjometr. Te komponenty można znaleźć w urządzeniach takich jak ściemniacz światła lub regulator głośności dla radia. Kiedy obracasz trzonek potencjometru, zmienia się opór w obwodzie.
Rezystor zależny od światła (LDR)
Rezystor zależny od światła jest również zmiennym rezystorem, ale jest kontrolowany przez światło, a nie przez obracanie pokrętła. Opór w obwodzie zmienia się z intensywnością światła. Są one często spotykane w światłach zewnętrznych, które automatycznie włączają się o zmierzchu i wyłączają o świcie.
Kondensator
Kondensatory przechowują energię elektryczną, a następnie rozładowują ją z powrotem do obwodu, gdy występuje spadek napięcia. Kondensator jest jak akumulator i może być ładowany, a następnie rozładowywany. Wartość jest mierzona w zakresie F (Farad), nano Farad (nF) lub pico Farad (pF).
Dioda
Dioda umożliwia przepływ prądu w jednym kierunku i blokuje go przed przepływem w przeciwnym. Podstawową rolą diody jest zapobieganie niepożądanemu przepływowi prądu w obwodzie.
Dioda elektroluminescencyjna (LED)
Dioda elektroluminescencyjna jest podobna do standardowej diody pod tym względem, że prąd elektryczny płynie tylko w jednym kierunku. Główna różnica polega na tym, że dioda LED emituje światło, gdy przepływa przez nią prąd elektryczny. Wewnątrz diody LED znajduje się anoda i katoda. Prąd zawsze płynie od anody (+) do katody (-) i nigdy w przeciwnym kierunku. Dłuższa nóżka diody LED to strona dodatnia (anoda).
Tranzystor
Tranzystor to maleńki przełącznik, który włącza lub wyłącza prąd po wyzwoleniu przez sygnał elektryczny. Poza tym, że jest przełącznikiem, może być również używany do wzmacniania sygnałów elektronicznych. Tranzystor jest podobny do przekaźnika, ale nie ma ruchomych części.
Przekaźnik
Przekaźnik jest elektrycznie obsługiwanym przełącznikiem, który otwiera się lub zamyka po przyłożeniu zasilania. Wewnątrz przekaźnika znajduje się elektromagnes, który steruje mechanicznym przełącznikiem.
Układ scalony (IC)
Układ scalony jest układem, którego rozmiar został zmniejszony, aby zmieścić się w małym chipie. Obwód ten zawiera komponenty elektroniczne jak rezystory i kondensatory, ale na znacznie mniejszą skalę. Układy scalone występują w różnych odmianach, takich jak timery 555, regulatory napięcia, mikrokontrolery i wiele innych. Każdy pin w układzie scalonym jest unikalny pod względem swojej funkcji.
What Is A Circuit?
Przed stworzeniem projektu elektronicznego musisz wiedzieć, czym jest obwód i jak go prawidłowo utworzyć.
Obwód elektroniczny to okrągła ścieżka przewodników, przez którą może przepływać prąd elektryczny. Obwód zamknięty jest jak koło, ponieważ zaczyna się i kończy w tym samym punkcie tworząc kompletną pętlę. Ponadto, obwód zamknięty pozwala na nieprzerwany przepływ prądu elektrycznego od (+) zasilania do (-) uziemienia.
W przeciwieństwie do tego, jeśli istnieje jakakolwiek przerwa w przepływie prądu, jest to znane jako obwód otwarty. Jak pokazano poniżej, przełącznik w obwodzie może spowodować, że będzie on otwarty lub zamknięty w zależności od jego położenia.
Wszystkie obwody muszą mieć trzy podstawowe elementy. Te elementy to źródło napięcia, ścieżka przewodząca i obciążenie.
Źródło napięcia, takie jak bateria, jest potrzebne, aby spowodować przepływ prądu przez obwód. Ponadto, musi być ścieżka przewodząca, która zapewnia trasę dla prądu do przepływu. Wreszcie, właściwy obwód potrzebuje obciążenia, które zużywa energię. Obciążeniem w powyższym obwodzie jest żarówka.
Schematyczny schemat
Pracując z obwodami, często znajdziesz coś, co nazywa się schematem. Te schematy używają symboli, aby zilustrować, jakie elementy elektroniczne są używane i gdzie są umieszczone w obwodzie. Symbole te są graficznymi reprezentacjami rzeczywistych komponentów elektronicznych.
Poniżej znajduje się przykład schematu, który przedstawia obwód LED, który jest kontrolowany przez przełącznik. Zawiera on symbole dla diody LED, rezystora, baterii i przełącznika. Postępując zgodnie ze schematem, można dowiedzieć się, jakich elementów użyć i gdzie je umieścić. Schematy te są bardzo pomocne dla początkujących podczas nauki obwodów.
Istnieje wiele rodzajów symboli elektronicznych i różnią się one nieznacznie w zależności od kraju. Poniżej przedstawiono kilka najczęściej używanych symboli elektronicznych w USA.
How To Determine A Resistor Size
Resistory są powszechnie używane w projektach elektronicznych i ważne jest, aby wiedzieć, jakiego rozmiaru użyć. Aby znaleźć wartość rezystora, musisz znać napięcie i ampery dla twojej diody LED i baterii.
Standardowa dioda LED generalnie potrzebuje napięcia około 2V i prądu 20mA lub .02A aby działać poprawnie. Następnie musisz dowiedzieć się, jakie napięcie ma twoja bateria. W tym przykładzie, będziemy używać baterii 9V. Aby określić rozmiar rezystora, musimy użyć wzoru znanego jako prawo Ohma, jak pokazano poniżej.
Prawo Ohma – Opór (R) = Napięcie (V) / Prąd (I)
- Opór jest mierzony w Ohmach (Ω)
- Napięcie jest mierzone w woltach (V)
- Prąd jest mierzony w amperach (A)
Używając prawa Ohma, musisz odjąć napięcie diody LED od napięcia baterii. W ten sposób otrzymamy napięcie 7, które należy podzielić przez 0,02 ampera z diody LED. Ten wzór pokazuje, że będziesz potrzebował rezystora 350 Ω.
Jak uwaga, standardowe rezystory nie są dostarczane w 350 Ω, ale są dostępne w 330 Ω, które będą działać dobrze.
Projekt elektroniczny #1
Teraz nadszedł czas, aby połączyć wszystko, czego się nauczyłeś i stworzyć podstawowy obwód. Ten projekt jest świetny na początek dla początkujących. Będziemy używać przewodów pomiarowych do stworzenia tymczasowego obwodu bez konieczności lutowania go razem.
Potrzebne części:
- Bateria 9V
- Bateria Snap-on Connector
- Test Leads w/ Alligator Clips
- 330 Ohm Resistor
- LED – Basic Red 5mm
Schematic Diagram
Project Steps
- Załóż battery clip do górnej części baterii 9V.
- Czerwony przewód z klipsa baterii jest połączony z jednym klipsem aligatorskim na czerwonym przewodzie pomiarowym.
- Drugi koniec czerwonego przewodu pomiarowego podłączamy do długiej nóżki (+) diody LED.
- Podłączamy jeden zacisk aligatorski z czarnego przewodu pomiarowego do krótkiej nóżki (-) diody LED.
- Drugi koniec czarnego przewodu pomiarowego przypinamy do jednej nóżki rezystora 330 Ω.
- Zacisnąć jedną stronę drugiego czarnego przewodu pomiarowego do drugiej nóżki rezystora 330 Ω.
- Przeciwny koniec czarnego przewodu pomiarowego podłączyć do czarnego przewodu baterii.
WAŻNE – Nigdy nie podłączać diody LED bezpośrednio do baterii 9V bez rezystora w obwodzie. Może to spowodować uszkodzenie/zniszczenie diody LED. Możesz jednak podłączyć diodę LED do baterii 3V lub mniejszej bez rezystora.
How To Use A Breadboard
Innym sposobem na stworzenie i przetestowanie obwodu jest zbudowanie go na płycie głównej. Płyty te są niezbędne do testowania i prototypowania obwodów, ponieważ nie wymagają lutowania. Komponenty i przewody są wpychane w otwory, aby utworzyć tymczasowy obwód. Ponieważ nie jest on trwały, możesz eksperymentować i wprowadzać zmiany aż do osiągnięcia pożądanego rezultatu.
Poniżej otworów każdego rzędu znajdują się metalowe klipsy, które łączą otwory ze sobą. Środkowe rzędy biegną pionowo, jak pokazano na rysunku, podczas gdy zewnętrzne kolumny są połączone poziomo. Te zewnętrzne kolumny są nazywane szynami zasilania i są używane do odbierania i dostarczania zasilania do płyty.
Płytki muszą mieć dostarczane zasilanie i można to zrobić na kilka sposobów. Jednym z najprostszych jest podłączenie przewodów z uchwytu baterii do szyny zasilania. To dostarczy napięcie tylko do szyny, do której jest podłączona.
Aby zasilić obie szyny, będziesz musiał użyć zworki z przewodów (+) i (-) do szyny po przeciwnej stronie.
Projekt Elektroniczny #2
Teraz nauczymy się jak stworzyć obwód na breadboardzie. Ten obwód jest dokładnie taki sam jak ten, który zrobiliśmy wcześniej, ale nie będziemy używać przewodów pomiarowych.
Potrzebne części:
- Akumulator 9V
- Złącze zatrzaskowe akumulatora
- Rzystor 330 Ohm
- LED – Basic Red 5mm
- Tablica do pieczywa-. Half Size
Schematic Diagram
Project Steps
- Załóż klips na baterię do górnej części baterii 9V.
- Włóż czerwony przewód z klipsa na baterię do F9 na breadboardzie.
- Włóż czarny przewód z klipsa na baterię do J21 na breadboardzie.
- Zagnij nóżki rezystora 330 Ω i włóż jedną nóżkę do F21.
- Włóż drugą nóżkę rezystora do F15.
- Włóż krótką nóżkę diody LED do J15, a długą do J9.
Czerwone strzałki na poniższym obrazku pomagają pokazać, w jaki sposób elektryczność przepływa w tym obwodzie. Wszystkie elementy są połączone ze sobą w okrąg, tak jak wtedy, gdy używaliśmy przewodów pomiarowych.
WAŻNE – Nigdy nie podłączaj diody LED bezpośrednio do baterii 9V bez rezystora w obwodzie. Może to spowodować uszkodzenie/zniszczenie diody LED.
Jak lutować
Jeśli chcesz, aby Twój obwód był trwały, musisz go zlutować. Dla dogłębnego tutorialu na temat lutowania elektroniki, zobacz nasz post Jak lutować dla kompletnego przewodnika krok po kroku.
Elektronika
Jest wiele wspaniałych miejsc online, aby znaleźć komponenty elektroniczne, części i narzędzia. Poniżej znajduje się lista naszych ulubionych miejsc na zakupy elektroniki.
- Mouser Electronics
- DigiKey
- Newark Element 14
- Sparkfun Electronics
- Adafruit
- All Electronics
- MCM Electronics
- Jameco