Kroužek elektroniky

Transkript

1 Dům dětí a mládeže Bílina Havířská 529/ Bílina tel ddmbilina@seznam.cz Kroužek elektroniky Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

2 ZÁKLADNÍ ELEKTROTECHNICKÉ SOUČÁSTKY... 4 VODIČ, KŘÍŽENÍ VODIČŮ... 4 ZKUŠEBNÍ NEPÁJIVÉ POLE... 4 SPÍNAČ TLAČÍTKO KONTAKT... 4 ŽÁROVKA... 4 REZISTOR... 5 OHMŮV ZÁKON:... 5 WATTŮV ZÁKON:... 5 KONDENZÁTOR... 6 Napětí a proud na kondenzátoru:... 7 CÍVKA, TLUMIVKA... 8 Napětí a proud na cívce:... 8 JÁDRA CÍVEK... 9 TRANSFORMÁTOR TRANSFORMÁTOR VÝPOČET BĚŽNÉHO SÍŤOVÉHO TRANSFORMÁTORU: NAPÁJECÍ ČLÁNEK Řazení napájecích článků: DIODA SVÍTIVÁ DIODA (LED) FOTODIODA ZENEROVA DIODA TYRISTOR A TRIAK Zapojení v elektrickém obvodu: DIAK TRANZISTOR INTEGROVANÝ OBVOD PŘÍKLAD ZAPOJENÍ INTEGROVANÝCH OBVODŮ NEJJEDNODUŠŠÍ OBVODY ZAPOJENÍ S OBVODEM 555 (ČASOVAČ = TIMER) PRINCIP: SCHÉMA ZAPOJENÍ: ZÁKLADNÍ KLOPNÉ OBVODY BISTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD Princip Schéma zapojení MONOSTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD Princip Schéma zapojení Praktické provedení ASTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD (MULTIVIBRÁTOR) Princip Schéma zapojení s obvodem NE 555 (timer) Praktické provedení Schéma zapojení s tranzistory: BLIKAČ S TRANZISTORY SCHÉMA ZAPOJENÍ : NÁVRH PLOŠNÉHO SPOJE : ZAPOJOVACÍ PLÁNEK : POLICEJNÍ SIRÉNA SCHÉMA ZAPOJENÍ NÁVRH ZAPOJENÍ NA UNIVERZÁLNÍM PLOŠNÉM SPOJI: GENERÁTOR MELODIE S OBVODEM FT66: SCHÉMA ZAPOJENÍ: NÁVRH PLOŠNÉHO SPOJE: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

3 ZAPOJOVACÍ PLÁNEK: GENERÁTOR SIRÉN S OBVODEM UM 3561: SCHÉMA ZAPOJENÍ : NÁVRH PLOŠNÉHO SPOJE : ZAPOJOVACÍ PLÁNEK : FUNKČNÍ GENERÁTOR: SCHÉMA ZAPOJENÍ : ZAPOJOVACÍ PLÁNEK : BAREVNÉ ZNAČENÍ REZISTORŮ: TABULKA: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

4 Základní elektrotechnické součástky Vodič, křížení vodičů vodič: křížení vodičů nespojených: křížení vodičů spojených: Zkušební nepájivé pole Izolovaná destička s otvory, obsahující pérové kontakty pro zkušební zapojování elektronických obvodů bez pájení. Na destičce se zapojení odzkouší a pak teprve se navrhne plošný spoj a vyrobí se konečná verze přístroje. Spínač tlačítko kontakt spínač se stálou polohou zapnuto/vypnuto (vypínač) spínač se stálými polohami: zapnut obvod A nebo zapnut obvod B (přepínač) tlačítko se stálou polohou vypnuto a nestálou polohou sepnuto (zapínací) tlačítko se stálou polohou zapnuto a nestálou polohou vypnuto (rozpínací) Žárovka schematická značka elektrická vlastnost: ZDROJ SVĚTLA Klade odpor elektrickému proudu, při průchodu elektrického proudu se zahřívá. elektrická hodnota: udává se v napětí a proudu u malých žárovek (3,5V 0,3A), nebo v napětí a výkonu u velkých žárovek (220V 60W) praktické provedení: skleněná baňka, kovová patice s bajonetovou paticí nebo závitem. Mechanická velikost je závislá na požadovaném výkonu (vyzářeném teple) Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

5 Rezistor schematická značka elektrická vlastnost: ODPOR Klade odpor elektrickému proudu, při průchodu elektrického proudu se zahřívá. Elektrické parametry: elektrický odpor v ohmech + tepelný výkon ve wattech hodnota odporu se udává v ohmech, značka Ω, násobky jsou kiloohm kω, megaohm MΩ přepočet jednotek Ω = 1 kω kω = 1 MΩ praktické provedení: Izolované (keramické) těleso s nanesenou vrstvou vodivého laku nebo navinutým odporovým drátem. Celé těleso rezistoru je chráněno před poškozením vrstvou ochranného laku. Rezistor se průchodem elektrického proudu zahřívá! Mechanická velikost je proto závislá na požadovaném výkonu (vyzářeném teple). Miniaturní odpory mají výkon 0,125 W až 0,25 W, velké rezistory mají schopnost vyzářit desítky až stovky wattů. Při překročení povoleného výkonu rezistor zpravidla shoří!!! Ohmův zákon: U = R I [V; Ω ; A] Napětí na odporu o hodnotě jednoho ohmu, kterým protéká proud jednoho ampéru, je jeden volt. Odvozené vzorce: U R = I U I = R [Ω ; V; A] [A ; V ; Ω ] Wattův zákon: P = U I [W; V ; A] Výkon vyzářený odporem, na kterém je úbytek napětí jeden volt a kterým protéká proud jednoho ampéru, je jeden watt. Odvozené vzorce: I = P U P U = I [A ; W; V] [V ; W ; A ] Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

6 Kondenzátor schematická značka elektrická vlastnost: KAPACITA Akumuluje (shromažďuje) náboj elektrické energie. Klade odpor střídavému proudu, při průchodu elektrického proudu se nezahřívá. Kondenzátor nepropouští stejnosměrný proud. Hodnota kondenzátoru se udává v jednotkách faradech, značka F, tato hodnota je ale pro praktické použití příliš veliká, proto se za základ berou zlomky faradu. praktické menší hodnoty jsou: milifarad [mf], mikrofarad [µf], nanofarad [nf], pikofaradad [pf]. 1 F = mf = µf = nf = pf přepočet jednotek pf = 1 nf (nanofarad) nf = 1 µf (mikrofarad) µf = 1 mf (milifarad) pokud použijeme zápis: 1 pf = 1( (j) 1 nf = 1k 1 µf = 1 M 1 mf = 1 G 1 G = M = k = j Na kondenzátoru musí být uvedeno maximální napětí, pro které je kondenzátor konstruován. Při překročení tohoto napětí dojde k proražení izolace mezi elektrodami a kondenzátor se zničí. POZOR: Kondenzátor s proraženou izolací obvykle exploduje!!! Praktické provedení kondenzátoru: Dvě navzájem izolované elektrody, izolace z papíru nebo plastové folie. Malé kapacity se vyrábějí jako keramické polštářky a jako papírové nebo styroflexové svitky izolace s elektrodami z hliníku, zalité proti vnikání vlhkosti do plastového pouzdra. Velké kapacity mají izolaci polarizovanou (elektrolytickou) a při zapojení do obvodu je nutno dát pozor na zapojení v obvodu (zapojení kladné a záporné elektrody). Mechanická velikost je závislá na kapacitě a na požadovaném izolačním napětí (odolnost izolace elektrod). Konstrukce kondenzátoru: a) deskový b) trubkový c) svitkový kondenzátor a) b) c) Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

7 Napětí a proud na kondenzátoru: Kondenzátorem prochází pouze střídavý proud. Proud kondenzátorem je vyšší, čím vyšší je frekvence střídavého proudu a čím vyšší je jeho kapacita. a) proud, procházející kondenzátorem b) princip kondenzátoru c) průběh napětí a proudu na kondenzátoru Proud, procházející kondenzátorem, předbíhá napětí o čtvrt periody (90 ). Kondenzátor se nejprve nabíjí proudem a až se nabije na maximální napětí, klesne proud na nulu. Zdánlivý odpor střídavému proudu se nazývá kapacitní reaktance a udává se v ohmech. Výpočet: 1 Xc = 6, 28 f C U I = Xc [Ω ; Hz ; F ] [ A ; V ; Ω ] ************************************************************************************** Přepočet jednotek kapacity: 1 mf = 0,001 F 1 pf = 1 j 1 µf = 0, F pf = 1 nf = 1k 1 nf = 0, F pf = 1 µf = 1M = k 1 pf = 0, F pf = 1 mf = 1G = M = k Pozor: 1 mf = 1 000M = µf Pomůcka: Značení je obdobné značení rezistorů:: mf µf nf pf 1. a 2. číslice je číslo (mili) (mikro) (nano) (piko) 3. číslice = násobič (počet nul) Značení 104 = = 100 nf (100k) G M k j Značení 222 = = 2n2 = 2,2 nf = 2k2 (Giga) (Mega) (kilo) Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

8 Cívka, tlumivka schematická značka elektrická vlastnost: Indukčnost, udávaná v jednotkách henry [H], používané hodnoty: milihenry [mh]. Klade odpor elektrickému proudu, při průchodu elektrického proudu se zahřívá. Elektrický proud, procházející cívkou, vytváří elektromagnetické pole. Střídavý proud vytvoří střídavé magnetické pole, stejnosměrný proud vytvoří stálé magnetické pole. Střídavé magnetické pole, procházející cívkou, vybudí střídavé napětí na koncích cívky. Stálé magnetické pole žádné napětí na cívce nevybudí! praktické provedení: cívka z izolovaného měděného drátu, navinutá na izolované kostře, bez jádra nebo s jádrem z feromagnetického materiálu (železné plechy nebo ferit) Napětí a proud na cívce: Cívkou prochází stejnosměrný i střídavý proud. Stejnosměrná složka proudu je závislá pouze na ohmickém odporu vinutí a stejnosměrné složce napětí. Střídavá složka proudu cívkou je tím nižší, čím vyšší je frekvence střídavého proudu a čím vyšší je indukčnost cívky. a) výpočet střídavého proudu, procházejícího cívkou b) princip indukčnosti c) průběh napětí a proudu na cívce Proud, procházející cívkou, se opožďuje za napětím na cívce o čtvrt periody (90 ). Zdánlivý odpor střídavému proudu se nazývá induktivní reaktance a udává se v ohmech. Výpočet: U X L = 6,28 f L [Ω ; Hz ; H ] I = [ A ; V ; Ω ] X L Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

9 Jádra cívek Cívky mohou být bez jádra (vzduchové), mohou mít jádro železné (plechy) nebo feritové (lisovaný magnetický materiál). Jádro se vkládá do cívky pro zlepšení magnetického toku a zvětšení indukčnosti. Železné jádro se používá pro nízké frekvence (zvukové), feritové jádro se používá pro vysokofrekvenční techniku (nadzvukové kmitočty). Cívka může být regulovatelná (má šroubovací feritové jádro pro ladění indukčnosti) schematická značka: cívka vzduchová (má malou indukčnost) cívka s feritovým jádrem cívka s proměnlivou indukčností cívka se železným jádrem Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

10 Transformátor schematická značka elektrická vlastnost: Převádí střídavý proud na jinou nebo stejnou velikost, z velkého na malé napětí nebo obráceně. Vždy je jedno primární (vstupní ) vinutí a jedno nebo více sekundárních (výstupních) vinutí. praktické provedení: několik oddělených cívek z izolovaného měděného drátu, navinutých na izolované kostře, bez jádra nebo s jádrem z feromagnetického materiálu (železné plechy nebo ferit) Princip transformátoru: Průchodem střídavého proudu, procházejícího primárním vinutím, vzniká v jádře střídavé elektromagnetické pole. Toto elektromagnetické pole v sekundárním vinutí vybudí střídavé sekundární napětí. Výpočet běžného síťového transformátoru: Převod napětí je přímo závislý na počtu závitů transformátoru: U 1 = U 2 n n 1 2 U 1 = primární napětí n 1 = počet závitů primárního vinutí Požadovaný výkon transformátoru je závislý na průřezu jádra. Pro běžné výpočty vystačíme s jednoduchým vzorcem: U 2 = sekundární napětí n 2 = počet závitů sekundárního vinutí 1. požadovaný výkon: P 1 = P 2 U 1 I 1 = U 2 I 2 2. průřez jádra: S = P S = průřez středního sloupku jádra [cm] P = výkon [W] počet závitů na jeden volt: a = S 4. počet závitů: n 1 = a U 1 n 2 = a U 2 [závity; závity na volt; V] Praktické provedení: Na izolované kostřičce je navinuto lakovaným (smaltem izolovaným) měděným drátem jedno primární a jedno nebo několik sekundárních vinutí. Jednotlivá vinutí jsou obvykle ještě oddělena vrstvou izolačního papíru. Vodiče jsou vyvedeny čelem cívky. Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

11 Napájecí článek schematická značka: elektrická vlastnost: elektrochemický článek, převádějící chemickou reakci na elektrický proud praktické provedení: Kovové nebo plastové pouzdro, kladná a záporná elektroda oddělená elektrolytem. Řazení napájecích článků: sériové: (za sebou) paralelní: (vedle sebe) Při sériovém řazení napájecích článků se sčítá napětí článků. Maximální odebíraný proud je stejný jako u jednoho článku. Při paralelním řazení článků je výsledné napětí stejné jako u jednoho článku. Maximální odebíraný proud (kapacita článků) se sčítá podle počtu článků. Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

12 Dioda schematická značka vnitřní provedení elektrická vlastnost: USMĚRŇOVAČ Propouští proud pouze jedním směrem od anody ke katodě, při průchodu elektrického proudu se zahřívá. praktické provedení: skleněné nebo kovové pouzdro, obsahující polovodičový čip s přechodem PN Mechanická velikost je závislá na požadovaném výkonu (vyzářeném teple) Usměrňovací diody pro velké proudy se přišroubovávají na chladič Svítivá dioda (LED) schematická značka praktické provedení: polovodičový čip, vyzařující barevné světlo, zalitý do pouzdra z plastu čirého nebo probarveného podle svitu diody, běžné barvy jsou červená, zelená, žlutá v několika odstínech (až do oranžova), méně běžné jsou modré diody. Bíle svítící diody jsou složeny ze tří samostatných barevných čipů (červený, zelený a modrý), jejichž světlo se sčítá do bílého světla. Fotodioda schematická značka praktické provedení: polovodičový čip, který po osvětlení prudce snižuje odpor v závěrném směru Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

13 Zenerova dioda Stabilizátor napětí. Chová se jako běžná dioda, avšak po překročení stanoveného závěrného napětí se skokem otevírá a udržuje závěrné napětí na konstantní hodnotě: Tyristor a triak Zvláštní typy polovodičů. Jedná se o čtyřvrstvé polovodičové spínací prvky. Tyristor A K Spíná proud v jednom směru. Po přivedení malého kladného spínacího napětí na řídící elektrodu (G) zůstane sepnutý, i když řídící napětí zmizí. Do vypnutého stavu se vrátí až po vypnutí hlavního proudu (poklesem pod hranici přídržného proudu). G Triak A1 A2 Spíná proud v obou směrech. Po přivedení malého spínacího napětí libovolné polarity na řídící elektrodu (G) zůstane sepnutý, i když řídící napětí zmizí. Do vypnutého stavu se vrátí až po vypnutí hlavního proudu (poklesem pod hranici přídržného proudu). Zapojení v elektrickém obvodu: G Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

14 Diak Spínací prvek pro spínání proudu v obou směrech. Po překročení určitého napětí diak sepne a je na něm téměř nulové napětí. To trvá do doby, než proud diakem klesne na nulu. Pak se diak vrátí do původního stavu. Tranzistor schematická značka NPN PNP vnitřní provedení elektrická vlastnost: ZESILOVAČ PROUDU hodnota zesílení se udává v jednotkách bez pojmenování praktické provedení: plastové nebo kovové pouzdro, obsahující polovodičový čip s přechodem PNP nebo NPN Mechanická velikost je závislá na požadovaném výkonu (vyzářeném teple) Tranzistory pro velké proudy se přišroubovávají na chladič Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

15 Integrovaný obvod vnitřní provedení: polovodičový (křemíkový) čip, obsahující desítky, stovky a tisíce tranzistorů, rezistorů a dalších součástek rozdělení: analogové obvody : digitální obvody: operační zesilovače, komparátory, výkonové zesilovače čítače, děliče, zobrazovací obvody praktické provedení: Digitální obvody: schematická značka: Základní typ plastových pouzder: Univerzální pouzdra DIP 2 8, DIL 2 7, 2 8 pinů s roztečí vývodů 2,5 mm, obvykle 7,5mm mezi řadami vývodů. Analogové obvody operační zesilovače): schematická značka: Kovové nebo plastové pouzdro s jednou nebo dvěma řadami vývodů. Mechanická velikost je rovněž závislá na požadovaném výkonu (vyzářeném teple) Obvody pro velké výkony se přišroubovávají na chladič. Příklad pouzdra analogového integrovaného obvodu: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

16 Příklad zapojení integrovaných obvodů Zdroj: Datasheet ST Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

17 Zapojení součástek v obvodu Nejjednodušší obvody Zdroj, spínač, žárovka, propojovací vodiče: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

18 Zapojení s obvodem 555 (časovač = timer) Princip: Schéma zapojení: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

19 Základní klopné obvody Bistabilní klopný obvod Princip Klopný obvod má dvě stálé polohy. Přepínání poloh se děje obvykle impulsem na jednom nebo druhém vstupu obvodu, případně impulsy na společném vstupu. Schéma zapojení Zdroj: Zapojení dle druhého obrázku funguje jako dělič impulsů 2:1. Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

20 Monostabilní klopný obvod Princip Schéma zapojení Praktické provedení Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

21 Astabilní klopný obvod (multivibrátor) Princip Schéma zapojení s obvodem NE 555 (timer) Praktické provedení Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

22 Schéma zapojení s tranzistory: Zdroj: wikipedie Použití: blikače, sirény viz praktické ukázky. Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

23 Blikač s tranzistory Schéma zapojení : Součástky: R1=R2 220 R R3=R4 33K C1=C2 20M/16V T1=T2 BC 548 D1=D2 LED Návrh plošného spoje : Zapojovací plánek : Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

24 Policejní siréna Schéma zapojení Návrh zapojení na univerzálním plošném spoji: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

25 Generátor melodie s obvodem FT66: Schéma zapojení: Návrh plošného spoje: Zapojovací plánek: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

26 Generátor sirén s obvodem UM 3561: Schéma zapojení : Součástky: R1 = 220 až 270k R2 = 220KR T1 = BC548 IO = UM3561 Návrh plošného spoje : metoda dělicích čar: metoda spojovacích čar: Zapojovací plánek : Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

27 Funkční generátor: Se dvěma IO typu NE 555 a jedním IO 761 jako oddělovačem. Schéma zapojení : Zapojovací plánek : Zapojení je převzato ze stavebnic bývalé NDR firmy RFT Radiotechnik. Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)

28 Barevné značení rezistorů: Tabulka: Dům dětí a mládeže Bílina (pouze pro potřeby DDM Bílina)