Podstawy elektroniki i arduino Kurs praktyczny #3

Aby sterować, zmieniać, lub przetwarzać prąd elektryczny w urządzeniu musimy się posłużyć odpowiednimi elementami elektronicznymi, które pozwolą nam. Na to by prąd w obwodzie płynął tak, jak tego chcemy. Podstawowe elementy, zwane elementami pasywnymi, ponieważ nie sterują one ani nie wytwarzają prądu, jak na przykład bateryjka lub tranzystor, to rezystor i kondensator.

• Elementy pasywne układów elektronicznych
• Rezystor i kondensator
• cewka

Rezystor i kondensator — co to jest?

Rezystory to elementy dwukońcówkowe, które mają za zadanie ustalenie przepływu prądu w danej części obwodu elektronicznego. Pracują w układzie zgodnie z równaniem R=U/I. W elektronice używa się oporników w zakresie 10Ω-100MΩ. Są taką pewnego rodzaju tamą dla prądu elektrycznego. Sprawdźmy to, nauczmy się obliczać jakim rezystorem należy zabezpieczyć diodę świecącą LED, aby nie uległa ona zniszczeniu zbyt wysokim prądem.

Zamontuj do płytki stykowej rezystor ok. 1kΩ, diodę LED i podłącz bateryjkę lub zasilacz 9 V wg schematu.

1. Układ z diodą i rezystorem chroniącym diodę przed przepaleniem zbyt wysokim prądem.

2. Układ z diodą i rezystorem. Połączenia na płytce stykowej.

Mamy:

Uz=Ur + Uled

R=Ur/I

Gdzie:

Uz — napięcie zasilania

Ur — napięcie odkładające się na rezystorze

Uled — napięcie na diodzie LED

R - rezystancja rezystora

I — Natężenie prądu w obwodzie

Dioda LED pobiera prąd o wartości ok. 7mA i odkłada się na niej nominalne napięcie ok. 1,9 V

Stąd możemy obliczyć, że na rezystorze powinno się odłożyć ok. 7 V. Stąd obliczamy rezystancję R opornika:

R = (9 V - 1,9 V) / 0,007A ≈ 1014Ω

Podłączamy zatem opornik 1kΩ i sprawdzamy, czy dioda świeci. Oprócz rezystorów o stałym oporze spotykamy również rezystory nastawne, tzw. potencjometry — których rezystancję można ustawić w pewnym zakresie. Przekręcając w radiu, czy głośniku gałkę głośności, ustawiamy w ten sposób właśnie jakiś potencjometr na żądany opór.  Wszystkie potrzebne rezystory możesz dostać na tej stronie.

W układach elektronicznych często się używa tak zwanego dzielnika napięcia. Jest to nic innego jak dwa połączone ze sobą rezystory.

3. Dzielnik napięcia

Napięcie wyjściowe U_wy można obliczyć z powyższego wzoru. Dzięki temu możemy na wyjściu, otrzymać napięcie jakiekolwiek chcemy oczywiście w zakresie źródła prądu. Przy konstruowaniu obwodu musimy wziąć pod uwagę obciążenie dzielnika i potraktować obciążenie jako dodatkowy rezystor.

Drugim podstawowym elementem pasywnym układów elektronicznych jest kondensator. Kondensatory potrafią magazynować energię jak małe akumulatory. Są dwa rodzaje kondensatorów: biegunowe i bezbiegunowe. W tych pierwszych ma znaczenie kierunek, w jakim włączamy je do obwodu. Plusik + kondensatora musi się zgadzać z plusikiem + w obwodzie. Bezbiegunowe można podłączyć w obu kierunkach. Przydatne zestawy kondensatorów są tutaj.

4. Kondensatory ceramiczne (a) i elektrolityczne (b)

Kondensatory świetnie nadają się na filtry zasilania, a także do obwodów zmiennego prądu elektrycznego.  O ile w obwodzie prądu stałego kondensator jest zaporą do przepływu prądu, to w układach prądu przemiennego kondensator zachowuje się jak rezystor.

Kondensatory elektrolityczne to kondensatory biegunowe. Trzeba uważać, by prawidłowo podłączyć  do obwodu. Jak to zrobić, można rozpoznać po długości nóżek kondensatora, dłuższa to plus, krótsza to minus.

5. Kondensator elektrolityczny

Kondensatory cechują się różną pojemnością, a także napięciem, pod jakim mogą pracować. Jednostką pojemności jest Farad. W codziennej pracy spotykamy się z kondensatorami o wiele mniejszej pojemności niż 1 Farad, a mianowicie:

• pikofaradami pF (1pF = 0,000 000 000 001F)
• nanofaradami nF (1nF = 0,000 000 001F)
• mikrofaradami μF (1μF = 0,000 001F)
  

Kondensator o pojemności 1000 μF to już stosunkowo duża pojemność.

Kondensator nie może pracować w napięciu, wyższym niż wynosi jego napięcie nominalne, np. 16 V, 25 V, 50 V, 100 V, gdyż ulegnie on zniszczeniu.

Kondensatory możemy łączyć ze sobą, podobnie jak rezystory, szeregowo, lub równolegle. Przy połączeniu równoległym pojemności kondensatorów się sumują.

6. Równoległe łączenie kondensatorów.

Pojemność zbiorcza jest sumą pojemności składowych.

Cz = C1+C2+...+Cn

Gdzie C - pojemność kondensatora w F.

7. Szeregowe łączenie kondensatorów.

Przy łączeniu szeregowym kondensatorów pojemność wypadkowa jest bardziej złożona do obliczenia (patrz powyższy wzór) Kondensatory najczęściej podłącza się równolegle.

Ważnym elementem pasywnym układów cyfrowych są cewki. Cewki mają taką właściwość że jeżeli przepuścimy prąd przez cewkę, a potem odłączymy go, to wygeneruje, on ponownie prąd na swoich zakończeniach.

8. Cewka

Można powiedzieć, że cewka zachowuje się jak kondensator tylko odwrotnie. Czyli w obwodach prądu stałego nie są żadną barierą dla przepływu prądu, natomiast w układach prądu przemiennego generują po odłączeniu prądu dodatkowe napięcie.

Dławiki (cewki) charakteryzują się indukcyjnością. Im cieńszym drutem nawinięta jest cewka, tym ma większą indukcyjność, a zarazem może pracować na mniejszym prądzie.

Dzisiaj przekonaliśmy się, do czego służy rezystor i kondensator. W następnej części przejdziemy do elementów czynnych układów elektronicznych, takich jak tranzystor, dioda itp.