Introduktion till grundläggande elektronik
Att lära sig om grundläggande elektronik och skapa egna projekt är mycket enklare än du tror. I den här handledningen kommer vi att ge dig en kort översikt över vanliga elektronikkomponenter och förklara vilka funktioner de har. Därefter kommer du att lära dig om schematiska diagram och hur de används för att konstruera och bygga kretsar. Och slutligen kommer du att använda denna information genom att skapa din första grundläggande krets.
GRATIS EBOOK (PDF) – Makerspace Info Bundle
För att du ska komma igång ska du se till att din elektroniska arbetsbänk är korrekt inställd. Arbetsområdet behöver inte vara tjusigt och du kan till och med bygga din egen elektroniska arbetsbänk.
Förvaring
Elektroniska komponenter kan vara små och det är en bra idé att hålla allt organiserat. Det mest populära alternativet är att använda genomskinliga förvaringslådor i plast för att förvara delar. Dessutom kan du använda förvaringslådor i plast som hänger från ett ställ eller passar på en hylla.
Verktyg
När du nu har inrättat en bra arbetsplats är det dags att fylla den med rätt verktyg och utrustning. Den här listan är inte fullständig men lyfter fram de vanligaste föremålen som används inom elektronik.
Breadboard
Breadboards är ett oumbärligt verktyg för att skapa prototyper och bygga tillfälliga kretsar. Dessa brädor innehåller hål för att sätta in tråd och komponenter. På grund av deras tillfälliga karaktär gör de det möjligt att skapa kretsar utan lödning. Hålen i ett breadboard är anslutna i rader både horisontellt och vertikalt som visas nedan.
Digital multimeter
En multimeter är en enhet som används för att mäta elektrisk ström (ampere), spänning (volt) och motstånd (ohm). Den är bra för felsökning av kretsar och kan mäta både växel- och likspänning. Kolla in det här inlägget för mer information om hur man använder en multimeter.
Batterihållare
En batterihållare är ett plastfodral som rymmer batterier från 9V till AA. Vissa hållare är slutna och kan ha en på/av-knapp inbyggd.
Testledningar (Alligatorklämmor)
Testledningar är bra för att koppla ihop komponenter för att testa en krets utan att behöva löda.
Trådklippare
Trådklippare är oumbärliga för att strippa trådar av tråd och massiv koppartråd.
Precisionsskruvmejslaruppsättning
Precisionsskruvmejslar kallas även för juvelerare-skruvmejslar och kommer vanligtvis som en uppsättning. Fördelen med dessa jämfört med vanliga skruvmejslar är precisionsspetsarna på varje skruvmejsel. Dessa är mycket praktiska när man arbetar med elektronik som innehåller små skruvar.
Hjälpande tredje handen
När man arbetar med elektronik verkar det som om man aldrig har tillräckligt med händer för att hålla allt. Det är här den hjälpande handen (3:e handen) kommer in i bilden. Perfekt för att hålla kretskort eller tråd när du löder eller tennar.
Heat Gun
En värmepistol används för att krympa plastslangar, så kallade värmekrympare, för att hjälpa till att skydda exponerad tråd. Värmekrympremsa har kallats elektronikens tejp och är praktisk i många olika tillämpningar.
Kopplingstråd
Dessa trådar används med breadboard och utvecklingskort och är i allmänhet 22-28 AWG solid core wire. Jumpertrådar kan ha manliga eller kvinnliga ändar beroende på hur de ska användas.
Lödkolv
När det är dags att skapa en permanent krets vill du löda ihop delarna. För att göra detta är en lödkolv det verktyg du skulle använda. Naturligtvis är en lödkolv inte bra om du inte har lod till den. Du kan välja blyhaltigt eller blyfritt lod i några diametrar.
Elektroniska komponenter
Nu är det dags att prata om de olika komponenterna som gör att dina elektroniska projekt blir verklighet. Nedan följer en snabb uppdelning av de vanligaste komponenterna och de funktioner de utför.
Switch
Switchar kan finnas i många olika former, till exempel tryckknapp, vippa, momentanbrytare och andra. Deras grundläggande funktion är att avbryta elektrisk ström genom att slå på eller av en krets.
Resistor
Resistorer används för att motstå flödet av ström eller för att kontrollera spänningen i en krets. Mängden motstånd som ett motstånd erbjuder mäts i ohm. De flesta motstånd har färgade ränder på utsidan och denna kod anger dess motståndsvärde. Du kan använda en multimeter eller Digikeys färgkodskalkylator för motstånd för att bestämma värdet på ett motstånd.
Variabelt motstånd (Potentiometer)
En variabel resistans är också känd som en potentiometer. Dessa komponenter kan hittas i enheter som t.ex. en ljusdimmer eller volymkontroll för en radio. När du vrider på axeln på en potentiometer ändras motståndet i kretsen.
Ljusberoende motstånd (LDR)
Ett ljusberoende motstånd är också ett variabelt motstånd men styrs av ljuset i stället för att vrida på en ratt. Motståndet i kretsen ändras med ljusets intensitet. Dessa finns ofta i utomhuslampor som automatiskt tänds i skymningen och släcks i gryningen.
Kondensator
Kondensatorer lagrar elektricitet och laddar sedan ut den tillbaka till kretsen när det sker ett spänningsfall. En kondensator är som ett uppladdningsbart batteri och kan laddas och sedan laddas ur. Värdet mäts i F (Farad), nano Farad (nF) eller pico Farad (pF).
Diod
En diod låter elektricitet flöda i en riktning och blockerar den från att flöda i motsatt riktning. Diodens främsta uppgift är att leda el från att ta en oönskad väg i kretsen.
Ljusemitterande diod (LED)
En ljusemitterande diod liknar en vanlig diod i det avseendet att den elektriska strömmen endast flyter i en riktning. Den största skillnaden är att en lysdiod avger ljus när elektricitet strömmar genom den. Inuti en lysdiod finns en anod och en katod. Strömmen flyter alltid från anoden (+) till katoden (-) och aldrig i motsatt riktning. Det längre benet på lysdioden är den positiva (anod) sidan.
Transistor
Transistorer är små omkopplare som slår på eller stänger av en ström när de utlöses av en elektrisk signal. Förutom att vara en strömbrytare kan den också användas för att förstärka elektroniska signaler. En transistor liknar ett relä förutom att den saknar rörliga delar.
Relä
Ett relä är en elektriskt manövrerad strömbrytare som öppnas eller stängs när ström tillförs. Inuti ett relä finns en elektromagnet som styr en mekanisk brytare.
Integrerad krets (IC)
En integrerad krets är en krets som har minskats i storlek så att den ryms i ett litet chip. Denna krets innehåller elektroniska komponenter som motstånd och kondensatorer men i mycket mindre skala. Integrerade kretsar finns i olika varianter, till exempel 555-timers, spänningsregulatorer, mikrokontroller och många fler. Varje stift på en integrerad krets är unik när det gäller dess funktion.
Vad är en krets?
Innan du utformar ett elektroniskt projekt måste du veta vad en krets är och hur man skapar en krets på rätt sätt.
En elektronisk krets är en cirkelformad bana av ledare genom vilken elektrisk ström kan flöda. En sluten krets är som en cirkel eftersom den börjar och slutar vid samma punkt och bildar en fullständig slinga. Dessutom tillåter en sluten krets att elektricitet flödar från (+) strömmen till (-) jorden utan avbrott.
Om det däremot finns något avbrott i flödet av elektricitet kallas detta för en öppen krets. Som visas nedan kan en strömbrytare i en krets få den att vara öppen eller stängd beroende på dess läge.
Alla kretsar måste ha tre grundelement. Dessa element är en spänningskälla, en ledande väg och en belastning.
Spänningskällan, till exempel ett batteri, behövs för att få strömmen att flöda genom kretsen. Dessutom måste det finnas en ledande väg som ger en väg för elektriciteten att flöda. Slutligen behöver en riktig krets en belastning som förbrukar strömmen. Lasten i kretsen ovan är glödlampan.
Schematiska diagram
När du arbetar med kretsar hittar du ofta något som kallas för ett schematiskt diagram. Dessa diagram använder symboler för att illustrera vilka elektroniska komponenter som används och var de är placerade i kretsen. Dessa symboler är grafiska representationer av de faktiska elektroniska komponenterna.
Nedan följer ett exempel på ett schema som visar en LED-krets som styrs av en strömbrytare. Det innehåller symboler för en lysdiod, ett motstånd, ett batteri och en strömbrytare. Genom att följa ett schematisk schema kan du veta vilka komponenter du ska använda och var du ska placera dem. Dessa scheman är mycket användbara för nybörjare när de först lär sig kretsar.
Det finns många typer av elektroniska symboler och de varierar något mellan olika länder. Nedan följer några av de vanligaste elektroniska symbolerna i USA.
Hur man bestämmer en motståndsstorlek
Resistorer används ofta i elektronikprojekt och det är viktigt att veta vilken storlek man ska använda. För att hitta motståndsvärdet måste du känna till spänningen och strömstyrkan för din lysdiod och ditt batteri.
En standardlysdiod behöver i allmänhet en spänning på cirka 2 V och en strömstyrka på 20 mA eller 0,02 A för att fungera korrekt. Därefter måste du ta reda på vilken spänning ditt batteri har. I det här exemplet kommer vi att använda ett 9V-batteri. För att bestämma motståndets storlek måste vi använda en formel som kallas Ohm’s lag enligt nedan.
Ohm’s Law – Resistance (R) = Voltage (V) / Current (I)
- Resistance mäts i Ohms (Ω)
- Voltage mäts i volt (V)
- Current mäts i ampere (A)
Användning av Ohms lag, måste du subtrahera LED-spänningen från batterispänningen. Detta ger dig en spänning på 7 som måste delas med 0,02 ampere från lysdioden. Denna formel visar att du behöver ett motstånd på 350 Ω.
Som en anmärkning kan nämnas att standardmotstånd inte finns i 350 Ω men att de finns i 330 Ω vilket kommer att fungera bra.
Elektronikprojekt nr 1
Nu är det dags att kombinera allt du har lärt dig och skapa en grundläggande krets. Det här projektet är ett utmärkt startprojekt för nybörjare. Vi kommer att använda testledningar för att skapa en tillfällig krets utan att behöva löda ihop den.
Detaljer som behövs:
- 9V batteri
- Batteri Snap-on Connector
- Testledningar med Alligatorklämmor
- 330 Ohm Resistor
- LED – Basic Red 5mm
Skretsschema
Projektets steg
- Fäst batteriklämman på toppen av 9V-batteriet.
- Röd tråd från batteriklämman ansluts till en alligatorklämma på den röda testledningen.
- Den andra änden av den röda testkabeln ansluts till det långa benet (+) på lysdioden.
- Ansluta en krokodilklämma från den svarta testkabeln till det korta benet (-) på lysdioden.
- Den andra änden av den svarta testkabeln klämmas fast vid det ena benet på 330 Ω-motståndet.
- Klipp den ena sidan av den andra svarta testkabeln till det andra benet på 330 Ω-motståndet.
- Den motsatta änden av den svarta testkabeln ansluts till den svarta batteritråden.
VIKTIGT – Anslut aldrig en lysdiod direkt till ett 9V-batteri utan ett motstånd i kretsen. Om du gör det kan du skada/destruera lysdioden. Du kan dock ansluta en lysdiod till ett 3V-batteri eller mindre utan motstånd.
Hur man använder en brödbräda
Ett annat sätt att skapa och testa en krets är att bygga den på en brödbräda. Dessa brädor är viktiga för att testa och skapa prototyper av kretsar eftersom ingen lödning behövs. Komponenter och ledningar trycks in i hålen för att bilda en tillfällig krets. Eftersom den inte är permanent kan du experimentera och göra ändringar tills det önskade resultatet uppnås.
Under hålen i varje rad finns metallklämmor som förbinder hålen med varandra. De mellersta raderna löper vertikalt enligt bilden medan de yttre kolumnerna är anslutna horisontellt. Dessa yttre kolumner kallas strömskenor och används för att ta emot och förse kortet med ström.
Breadboards kommer att behöva strömförsörjas och detta kan göras på ett par olika sätt. Ett av de enklaste sätten är att ansluta ledningarna från en batterihållare till strömskenorna. Detta kommer att leverera spänning endast till den skena som den är inkopplad i.
För att få ström till båda skenorna måste du använda en bryggtråd från (+) och (-) till skenan på motsatt sida.
Elektronikprojekt nr 2
Nu ska vi lära oss hur man skapar en krets på en brödbräda. Den här kretsen är exakt samma som vi gjorde tidigare men vi kommer inte att använda testledningarna.
Detaljer som behövs:
- 9V batteri
- Batteri Snap-on-kontakt
- 330 Ohm motstånd
- LED – Basic Red 5mm
- Breadboard- Halv storlek
Skretsschema
Projektsteg
- Fäst batteriklämman på toppen av 9V-batteriet.
- Placera den röda tråden från batteriklämman i F9 på brödbrädan.
- Sätt in den svarta tråden från batteriklämman i J21 på brödbrädan.
- Böj benen på 330 Ω-motståndet och placera ett ben i F21.
- Placera motståndets andra ben i F15.
- Sätt in det korta benet på lysdioden i J15 och det långa benet i J9.
De röda pilarna i bilden nedan hjälper till att visa hur elektriciteten flyter i den här kretsen. Alla komponenter är anslutna till varandra i en cirkel precis som när vi använde testledningarna.
VIKTIGT – Anslut aldrig en lysdiod direkt till ett 9V-batteri utan ett motstånd i kretsen. Om du gör det kan du skada/förstör lysdioden.
Hur man löder
Om du vill göra din krets permanent måste du löda ihop den. Om du vill ha en djupgående handledning om lödning av elektronik kan du läsa vårt inlägg Hur man löder för att få en komplett steg-för-steg-guide.
Elektronikförsörjning
Det finns många bra ställen på nätet för att hitta elektroniska komponenter, delar och verktyg. Nedan finns en lista över våra favoritställen för att handla elektronik.
- Mouser Electronics
- DigiKey
- Newark Element 14
- Sparkfun Electronics
- Adafruit
- All Electronics
- MCM Electronics
- Jameco