Kroužek elektronikyddmbilina.sweb.cz/_Skripta_2010-11.pdf · Dům d ětí a mládeže Bílina © 2010-2011 2 (pouze pro pot řeby DDM Bílina) ZÁKLADNÍ ELEKTROTECHNICKÉ SOU ČÁSTKY

Dům dětí a mládeže Bílina © 2010-2011 1 (pouze pro potřeby DDM Bílina)

Dům dětí a mládeže Bílina Havířská 529/10 418 01 Bílina tel. 417 821 527 http://www.ddmbilina.cz e-mail: [email protected]

Kroužek elektroniky © 2010-2011


ZÁKLADNÍ ELEKTROTECHNICKÉ SOU ČÁSTKY ............................................. ........................................... 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 ................................................................................................................................ 10

TRANSFORMÁTOR ................................................................................................................................ 10

VÝPOČET BĚŽNÉHO SÍŤOVÉHO TRANSFORMÁTORU: ................................................................................ 10

NAPÁJECÍ ČLÁNEK ................................................................................................................................ 11

Řazení napájecích článků: ............................................................................................................ 11

DIODA ................................................................................................................................................. 12

SVÍTIVÁ DIODA (LED) ........................................................................................................................... 12

FOTODIODA ......................................................................................................................................... 12

ZENEROVA DIODA ................................................................................................................................ 13

TYRISTOR A TRIAK ................................................................................................................................ 13

Zapojení v elektrickém obvodu: ..................................................................................................... 13

DIAK .................................................................................................................................................... 14

TRANZISTOR ........................................................................................................................................ 14

INTEGROVANÝ OBVOD .......................................................................................................................... 15

ZAPOJENÍ SOUČÁSTEK V OBVODU .................................... ...................................................................... 16

NEJJEDNODUŠŠÍ OBVODY ..................................................................................................................... 16

BLIKAČ S TRANZISTORY ............................................................................................................................ 17

SCHÉMA ZAPOJENÍ : ............................................................................................................................. 17

NÁVRH PLOŠNÉHO SPOJE : ................................................................................................................... 17

ZAPOJOVACÍ PLÁNEK : .......................................................................................................................... 17

POLICEJNÍ SIRÉNA .................................. .................................................................................................... 18

SCHÉMA ZAPOJENÍ ............................................................................................................................... 18

NÁVRH ZAPOJENÍ NA UNIVERZÁLNÍM PLOŠNÉM SPOJI: ............................................................................. 18

ZAPOJENÍ S OBVODEM 555 (ČASOVAČ = TIMER) ................................................................................... 19

PRINCIP: .............................................................................................................................................. 19

SCHÉMA ZAPOJENÍ: .............................................................................................................................. 19

ZÁKLADNÍ KLOPNÉ OBVODY............................. ........................................................................................ 20

ASTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD (MULTIVIBRÁTOR) ......................................................................................... 20

Princip ............................................................................................................................................ 20

Schéma zapojení ........................................................................................................................... 20

Praktické provedení ....................................................................................................................... 20

BISTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD ................................................................................................................... 21

Princip ............................................................................................................................................ 21

Schéma zapojení ........................................................................................................................... 21


MONOSTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD............................................................................................................. 22

Princip ............................................................................................................................................ 22

Schéma zapojení ........................................................................................................................... 22



GENERÁTOR SIRÉN S OBVODEM UM 3561: ................ ............................................................................. 24

SCHÉMA ZAPOJENÍ : ............................................................................................................................. 24

NÁVRH PLOŠNÉHO SPOJE : ................................................................................................................... 24


GENERÁTOR MELODIE S OBVODEM FT66: ................. ............................................................................ 25

SCHÉMA ZAPOJENÍ: .............................................................................................................................. 25

NÁVRH PLOŠNÉHO SPOJE: .................................................................................................................... 25

ZAPOJOVACÍ PLÁNEK: ........................................................................................................................... 25

FUNKČNÍ GENERÁTOR: ..................................... ......................................................................................... 26

SCHÉMA ZAPOJENÍ : ............................................................................................................................. 26


BAREVNÉ ZNAČENÍ REZISTORŮ: .............................................................................................................. 27

TABULKA: ............................................................................................................................................ 27


Základní elektrotechnické součástky

Vodi č, křížení vodi čů 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)


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 ΩΩΩΩ, násobky jsou kiloohm kΩΩΩΩ, megaohm M ΩΩΩΩ přepočet jednotek 1 000 Ω = 1 kΩ 1 000 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; ΩΩΩΩ ; A] Napětí na odporu o hodnotě jednoho ohmu, kterým protéká proud jednoho ampéru, je jeden volt. Odvozené vzorce: [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: [A ; W; V] [V ; W ; A ]

I

UR =

R

UI =

U

PI =

I

PU =


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 odporu 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 [ µµµµF], nanofarad [nF], pikofaradad [pF]. přepočet jednotek 1 000 pF = 1 nF (nanofarad) 1 000 nF = 1 µµµµF (mikrofarad) 1 000 µF = 1 mF (milifarad)

1 F = 1 000 mF = 1 000 000 µF = 1 000 000 000 nF = 1 000 000 000 000 pF

pokud použijeme zápis: 1 pF = 1(j ) 1 nF = 1k 1 µµµµF = 1 M 1 mF = 1 G 1 G = 1 000 M = 1 000 000 k = 1 000 000 000 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)


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: [Ω ; Hz ; F ] [ A ; V ; Ω ] *************************************************** *********************************** Přepočet jednotek kapacity: 1 mF = 0,001 F 1 pF = 1 j 1 µF = 0,000 000 F 1 000 pF = 1 nF = 1k 1 nF = 0,000 000 000 F 1 000 000 pF = 1 µF = 1M = 1 000 k 1 pF = 0,000 000 000 000 F 1 000 000 000 pF = 1 mF = 1G = 1 000 M = 1 000 000 k Pozor: 1 mF = 1 000M = 1 000 µµµµF Pomůcka: Značení je obdobné značení rezistorů::

mF µµµµF nF pF 1. a 2. číslice je číslo (mili) (mikro) (nano) (piko) 3. číslice = násobič (počet nul) Značení 104 = 1 0 0000 = 100 nF (100k) G M k j Značení 222 = 2 2 00 = 2n2 = 2,2 nF = 2k2 (Giga) (Mega) (kilo)

CfXc

××=

28,6

1

Xc

UI =


Cívka, tlumivka schematická značka elektrická vlastnost: Induk čnost, 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:

XL = 6,28×f×L [Ω ; Hz ; H ] [ A ; V ; Ω ] LX

UI =


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


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 sí ťového transformátoru: Převod napětí je přímo závislý na počtu závitů transformátoru:

U1 = primární napětí U2 = sekundární napětí

n1 = počet závitů primárního vinutí n2 = počet závitů sekundárního vinutí

Požadovaný výkon transformátoru je závislý na průřezu jádra. Pro běžné výpočty vystačíme s jednoduchým vzorcem: 1. požadovaný výkon: P1 = P2 U1 × I1 = U2 × I2 2. průřez jádra: S = průřez středního sloupku jádra [cm]

P = výkon [W] 3. počet závitů na jeden volt:

4. počet závitů: n1 = a × U1 n2 = a × U2 [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.

2

1

2

1

n

n

U

U =

PS =

Sa

45=


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.


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


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

G 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). Triak A1 A2

G 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:


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: ZESILOVA Č 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


Integrovaný obvod vnitřní provedení: polovodičový (křemíkový) čip, obsahující desítky, stovky a tisíce tranzistorů, rezistorů a dalších součástek rozdělení: analogové obvody : operační zesilovače, komparátory, výkonové zesilovače digitální obvody: 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:


Zapojení součástek v obvodu Nejjednodušší obvody Zdroj, spínač, žárovka, propojovací vodiče:


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 :


Policejní siréna Schéma zapojení

Návrh zapojení na univerzálním plošném spoji:


Zapojení s obvodem 555 (časovač = timer)

Princip:

Schéma zapojení:


Základní klopné obvody Astabilní klopný obvod (multivibrátor)

Princip

Schéma zapojení

Praktické provedení


Bistabilní klopný obvod

Princip

Schéma zapojení



Monostabilní klopný obvod

Princip

Schéma zapojení



Jiný způsob kreslení (americká norma):

thigh = ln(3) x R1 x C1 = 1.1 x R1 x C1


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:



Generátor melodie s obvodem FT66: Schéma zapojení:

Návrh plošného spoje:

Zapojovací plánek:


Funkční generátor: Se dvěma IO typu NE 555 a jedním IO 761 jako oddělovačem.

Schéma zapojení :


Zapojení je převzato ze stavebnic bývalé NDR firmy RFT Radiotechnik.


Barevné značení rezistorů: Tabulka:

Documents

Kroužek elektronikyddmbilina.sweb.cz/_Skripta_2010-11.pdf · Dům d ětí a mládeže Bílina © 2010-2011 2 (pouze pro pot řeby DDM Bílina) ZÁKLADNÍ ELEKTROTECHNICKÉ SOU ČÁSTKY