Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_1.pdf

Na warsztacie

PRAKTYCZNY

KURS

ELEKTRONIKI

Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chęt-

nie byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się jedyna,

niepowtarzalna okazja. We współpracy z bratnią redakcją

miesięcznika Elektronika dla Wszystkich rozpoczęliśmy

w Młodym Techniku cykl kilkunastu fascynujących lekcji

dla zupełnie początkujących. Jest to Praktyczny Kurs

Elektroniki (PKE) z akcentem na Praktyczny , gdyż każda

Lekcja składa się z projektu i wykładu z ćwiczeniami ,

przy czym projekt to konkretny układ elektroniczny sa-

modzielnie montowany i uruchamiany przez „kursanta”.

Pewnie myślisz sobie – pięknie, ale jak ja mam montować

układy nie mając lutownicy ani żadnych części elektro-

nicznych. Otóż jest rozwiązanie. Lutownicy nie będziesz

w ogóle używać, gdyż wszystkie układy będą montowane

na płytce stykowej , do której wkłada się „nóżki” elemen-

tów na wcisk.

I rzecz najważniejsza! Wydawnictwo AVT przygo-

towało zestaw EdW 09 , zawierający płytkę stykową

i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania

kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw

EdW 09 będzie można kupić w sklepie internetowym

www.sklep.avt.pl lub w sklepie i rmowym AVT

(Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł.

Ale Ty nie musisz kupować! Dostaniesz ten zastaw

za darmo , jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz

wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres prenu-

merata@avt.pl dwa zdania:

„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny

zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................”

Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 28. lutego

2013 r., to zestaw EdW09 wyślemy Ci w pierwszej deka-

dzie marca wraz z kwietniowym numerem MT.

Uwaga uczniowie!

Szkoły prenumerujące MT otrzymają Pakiety Szkolne

PS EdW09 , zawierające po 10 zestawów EdW09 (każdy

zestaw EdW09 zawiera komplet elementów z płytką sty-

kową) skalkulowane na zasadach non proi t w promocyj-

nej cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra-

batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09,

którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy

Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły

ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują

MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo

Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom

informację o Praktycznym Kursie Elektroniki z promo-

cyjnymi dostawami Pakietów Szkolnych PS EdW09 do

ćwiczeń praktycznych.

I ostatnie słowo od redakcji MT. Autorem zaplanowa-

nego na ponad rok Praktycznego Kursu Elektroniki jest

Piotr Górecki , redaktor naczelny kultowego w świecie

hobbystów elektroników miesięcznika Elektronika dla

Wszystkich i autor legendarnych cykli artykułów i ksią-

żek uczących elektroniki od podstaw. Znamy już kilka

lekcji naszego kursu PKE i jesteśmy absolutnie pewni,

że będzie to bestseller, który tysiącom czytelników

MT rozjaśni w głowach i wielu z nich zarazi pasją do

elektroniki.

Zestaw EdW09 zawiera następujące

elementy (specyﬁ kacja rodzajowa):

1. Diody prostownicze 4 szt.

2. Układy scalone 4 szt.

3. Tranzystory 8 szt.

4. Fotorezystor 1 szt.

5. Przekaźnik 1 szt.

6. Kondensatory 22 szt.

7. Mikrofon 1 szt.

8. Diody LED 11 szt.

9. Przewód 1 m

10. Mikroswitch 2 szt.

11. Piezo z generatorem 1 szt.

12. Rezystory 64 szt.

13. Srebrzanka 1 odcinek

14. Zatrzask do baterii 9V 1 szt.

15. Płytka stykowa prototypowa

840 pól stykowych

1 szt.

Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto

(www.sklep.avt.pl)

Uwaga Szkoły

Tylko dla szkół prenumerujących

Młodego Technika przygotowano

Pakiety Szkoln e za wierające 10

zestawów EdW09 (PSE EdW09)

w promocyjnej ce nie 280 zł brutto ,

t.j. z rabatem 40%.

Na warsztacie

Projekt 1

Labirynt 3D

Zręcznościowa gra towarzyska

Na fotograi i wyżej pokazany jest nieskomplikowany układ elektroniczny. Jest to prosta, ale bardzo

atrakcyjna, zręcznościowa gra towarzyska „Labirynt 3D” .

Zadaniem uczestnika jest delikatnie nałożyć metalową obrączkę na swobodny koniec gołego drutu

miedzianego (najlepiej grubego), a potem ostrożnie poprowadzić wzdłuż tego drutu tak, by ani na chwilę

nie dotknąć obrączką do drutu. Na koniec należy dotknąć obrączką do metalowego półkola przy zamoco-

wanym końcu drutu, co zaświeci zieloną lampkę, sygnalizującą koniec próby.

Wygrywa ten, kto najszybciej, bez

dotknięcia, przeprowadzi obrącz-

kę przez całą długość drutu, aż

do zaświecenia zielonej lampki.

Dotknięcie obrączką drutu zostanie

zasygnalizowane zaświeceniem

czerwonej lampki i dźwiękiem alar-

mu – uczestnik przerywa wtedy grę.

Próbę zaczyna następny chętny.

Stopień trudności zadania można

zmieniać, wyginając gruby drut

miedziany we wszystkich trzech

wymiarach (stąd 3D w nazwie) oraz

zmieniając średnicę obrączki.

Opis układu dla „zaawansowanych”

„Labirynt 3D” jest prostym układem elektronicznym, o schemacie pokazanym na rysunku wyżej . Gdy

uczestnik bez dotknięcia drutu „labiryntu” dotknie obrączką do punktu C, czyli gdy połączy punkty A,

C, zaświeci się „w nagrodę” zielona dioda LED1. Przy nieprawidłowym dotknięciu obrączką do drutu

„labiryntu” prąd popłynie przez rezystor R2 i zaświeci czerwoną diodę LED2. Jednocześnie przez diodę

D1 szybko naładuje się kondensator elektrolityczny C1 i zasilony zostanie brzęczyk piezo Y1, który wyda

dźwięk. Czerwona dioda LED2 świeci tylko w czasie, gdy obrączka dotyka do drutu „labiryntu”, co może

trwać bardzo krótko. Wtedy kondensator C1 szybko ładuje się przez diodę D1, a po usunięciu zwarcia

cienki, elastyczny drucik

1N4148

BAT

100uF

metalowa

obrączka

LED1

LED2

czerwona

zielona

1k Ω

Y1 piezo

z g en.

drut

„labirynt”

72 m.technik - www.mt.com.pl

staje się pomocniczym źródłem zasilania dla brzęczyka. Dzięki temu brzęczyk zostaje włączony na dłużej

i niezawodnie sygnalizuje, że nastąpiło dotknięcie obrączką drutu „labiryntu”. W miarę rozładowywania

kondensatora, napięcie na nim maleje, a to powoduje charakterystyczną zmianę dźwięku brzęczyka.

Dioda D1 jest potrzebna, ponieważ bez niej kondensator C1 stanowiłby też źródło zasilania dla czer-

wonej diody LED2 i czas pracy brzęczyka byłby dużo krótszy, a efekt gorszy.

Układ pokazany na fotograii wstępnej został zmontowany na płytce stykowej. Jednak układ „w wersji

użytkowej” może być zmontowany inaczej, niekoniecznie na płytce drukowanej. Początkujący mogą

montować proste układy bez lutowania, na przykład skręcając ze sobą końcówki elementów. Przed

zmontowaniem modelu warto zapoznać się z podanymi dalej informacjami.

Wykład z ćwiczeniami 1

Poznajemy elementy i układy elektroniczne

Działanie najrozmaitszych układów elektronicznych jest możliwe dzięki energii

elektrycznej. Pracujący układ pobiera energię elektryczną z baterii lub z zasila-

cza i na różne sprytne sposoby zamienia ją na inne rodzaje energii, choćby na

energią świetlną (np. w diodzie LED lub w wyświetlaczu), energię dźwiękową

(w brzęczyku lub w głośniku), lub energię mechaniczną (np. w silniku lub

elektromagnesie). Zawsze też część pobranej energii, zazwyczaj znaczna jej

większość, zamienia się w „mało szlachetną” formę energii – następuje zamiana

energii elektrycznej na energię cieplną, która jest traktowana jako straty i powo-

duje niekorzystny wzrost temperatury elementów układu.

Napięcie i prąd . Energia i moc elektryczna jest nierozłącznie związana z prą-

dem elektrycznym (ściślej z natężeniem prądu elektrycznego) oraz z napięciem

elektrycznym . Często napięcie elektryczne porównuje się do ciśnienia wody

w rurach wodociągowych, a prąd – do przepływu wody w tych rurach. Napięcie

elektryczne podajemy w woltach [V]. Prąd podajemy w amperach [A], w prakty-

ce częściej w miliamperach [mA] 1mA=0,001A, malutkie prądy w mikroamperach [uA] 1uA=0,000001A.

Do zasilania układów elektronicznych wykorzystujemy napięcie stałe . Źródło napięcia stałego (bateria, za-

silacz) ma określoną biegunowość – ma końcówkę dodatnią i ujemną. Od lat przyjmujemy, że prąd płynie „ od

plusa do minusa ”, czyli od punktu bardziej dodatniego do bardziej ujemnego. W większości dzisiejszych ukła-

dów ujemny biegun zasilania nazywamy masą .

schemat ideowy schemat montażowy

UWAGA! Odwrotne dołączenie napięcia zasi-

lania może być przyczyną trwałego uszkodzenia

elementów układu .

Każda bateria ma jakieś napięcie nominalne.

Rzeczywiste napięcie świeżej baterii jest trochę

wyższe od nominalnego i podczas pracy stopniowo

się zmniejsza. W naszym kursie będziemy wyko-

rzystywać głównie popularną baterię 9-woltową

– „bloczek”. Popularne jednorazowe „paluszki” mają

Na warsztacie

napięcie nominalne 1,5V. Natomiast „paluszki” – aku-

mulatorki mają napięcie nominalne 1,2V.

Łącząc w odpowiedni sposób elementy, tworzy-

my układy elektroniczne . Mówiąc układ elektro-

niczny zwykle mamy na myśli kompletną całość,

zdolną do realizacji założonego zadania. Układ

składa się z elementów , jednak często w układzie

wyróżniamy bloki oraz obwody , składające się

z kilku do kilkunastu elementów, pełniące kon-

kretne funkcje, np. obwody wejściowe, obwód

i ltru, blok zasilania, itp.

W elektronice wykorzystujemy schematy ideo-

we, pokazujące tylko ideę połączenia elementów

w układ (stąd nazwa). Schemat ideowy zawiera

znormalizowane symbole elementów – standar-

Dziś, w związku

z zaawansowaną

miniaturyzacją,

elementy elek-

troniczne we

współczesnych

urządzeniach

są wielokrotnie

mniejsze, wy-

glądają inaczej,

niż na fotograi i 3 i są gęsto zamontowane przez

precyzyjne automaty na powierzchni płytki (to

tak zwany montaż powierzchniowy, oznaczany

SMT lub SMD) – przykład znajdziesz na foto-

grai i 4 . Mało kto potrai łby ręcznie zmontować

dowe elementy grai czne. Ani wygląd symboli,

ani sposób narysowania schematu ideowego

najczęściej nie odzwierciedlają rzeczywistego

wyglądu ani sposobu rozmieszczenia i zmonto-

wania elementów. Układy elektroniczne bywają

montowane w różny sposób. My w ramach PKE

(Praktycznego Kursu Elektroniki) będziemy mon-

tować układy na płytce stykowej. Niezbędne po-

łączenia między elementami zrealizujemy, wkła-

dając końcówki tych elementów w odpowiednie

otworki płytki. Pod poszczególnymi otworkami

płytki są umieszczone styki – gniazdka,

połączone rzędami. Są to listwy styko-

we. Na fotograi i 1 różowymi liniami

pokazane jest, które otwory płytki są

ze sobą połączone. Wiedząc o tych

połączeniach, bez większego trudu

zmontujesz na płytce nie tylko układy

proponowane w PKE, ale i własne ukła-

dy eksperymentalne.

Najczęściej jednak układy elektro-

niczne montowane są na tzw. płytkach

drukowanych, z wykorzystaniem luto-

wania. Rysunek 2 przedstawia schemat

ideowy pewnego urządzenia oraz jego

schemat montażowy, natomiast zmon-

towany układ pokazuje fotograi a 3 .

74 m.technik - www.mt.com.pl

zwykle

struktura

wec ca

montowana

jest na

wyprowadzeniu

katody

tak maleńkie elementy, dlatego hobbyści nadal

powszechnie wykorzystują znane od wielu

lat elementy w większych obudowach, jak na

fotograii 3.

Podstawowe elementy elektroniczne .

Rezystory, fotorezystory, przyciski, kondensatory

stałe , (nie elektrolityczne ), pokazane na fotograii

5 , są elementami niebiegunowymi , czyli można je

włączyć w dowolnym kierunku. Jednak większość

stanowią elementy biegunowe , gdzie zawsze

trzeba uwzględniać kierunek włączenia . Dioda

włączona w odwrotnym kierunku uniemożliwi

prawidłową pracę układu, a z kondensatorami

elektrolitycznymi jest jeszcze gorzej: włączone

odwrotnie mogą ulec trwałemu uszkodzeniu,

a w skrajnych (rzadkich) przypadkach nawet wy-

buchnąć. Podczas montażu zawsze trzeba zwra-

cać baczną uwagę na kierunek włączenia diod,

kondensatorów elektrolitycznych oraz wszelkich

elementów wielonóżkowych .

Często końcówka dodatnia jest dłuższa, cza-

sem jest oznaczana kolorem czerwonym (gorą-

cy), a końcówka ujemna zazwyczaj jest krótsza

lub oznaczona kolorem czarnym. W zwykłych

diodach ( ilustracja 6 ) końcówki są jednakowej

długości, ale pasek oznacza katodę (wskazuje

kierunek „strzałki”). W kondensatorach elektroli-

tycznych końcówka ujemna jest krótsza i wyraź-

nie oznaczona znakiem „minus”. Czerwony kolor

wyróżnia dodatnią końcówkę w złączce baterii

(tzw. kijance) i w brzęczyku piezo (z generatorem,

który jest w istocie układem elektronicznym) –

fotograia 7 . W pojedynczych diodach LED koń-

cówka dodatnia (anoda) praktycznie zawsze jest

dłuższa, ujemna (katoda) – krótsza, jak pokazuje

też ilustracja 8 . W zestawie EdW09 jest też trzy-

kolorowa dioda LED RGB, w której najdłuższa jest

końcówka wspólna – anoda – fotograia 9 .

Na schemacie ideowym mamy symbole graicz-

ne elementów – są one ponumerowane. Rezystory

na schematach zawsze oznaczane są literą R, kon-

densatory stałe i elektrolityczne - zawsze literą C,

diody „zwykłe” literą D, a diody świecące, zwane

LED – Light Emmiting Diode mogą być oznaczane

literą D lub LED. Fotorezystor możemy oznaczyć

literkami FR, brzęczyk piezo np. literą Y, baterię:

B lub BAT, a przycisk literą S, W lub P – to akurat

nie ma większego znaczenia.

Sensowna numeracja elementów układu jest

absolutnie niezbędna, zwłaszcza w rozbudo-

wanych układach. W układzie może być wiele

elementów takiego samego typu lub tej samej

wartości (na przykład rezystorów o wartości 1kΩ),

ale na schemacie nie może być dwóch elementów

o jednakowym oznaczeniu (np. nie może być

kilku rezystorów o oznaczeniu R1).

Rezystory są oznaczone R1, R2, R3,... i przy

każdym podana jest też wartość rezystancji.

Rezystancję podajemy w omach [Ω]. Ponieważ

Katoda

(krótsza)

Anoda

(dłu sza)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: