Každý začátek je slyšet, ale pokud máte motivaci a silné odhodlání, budete úspěšní. Většina studentů, zejména těch technických, chce něco vybudovat a vytvořit. Praktické zkušenosti s výrobou něčeho zdokonalují naše učení a pomáhají nám pochopit skutečná fakta. Je to sice velmi důležité, ale většina studentů nedostane správné pokyny a neví, odkud má začít. Věřím, že tento návod pomůže technickým začátečníkům a hobbyistům začít s jakýmkoli projektem.
Krok 1: Napětí, proud, odpor
To jsou základní věci elektroniky a vím, že je již znáte. Připomeňme si, že každá hmota se skládá z atomů a atom má tři typy částic. Jednou z nich je elektron, který je záporně nabitý. Náboj je vlastnost elektronu a protonu. Protony jsou kladně nabité. Náboj elektronu se nazývá jednotkový náboj. Ve vodivém materiálu (stříbro, měď, zlato, hliník atd.) je spousta volných elektronů, které se pohybují náhodně. Napětí je síla nebo tlak, který nutí elektrony proudit nebo se pohybovat určitým směrem. Když do vodiče přivedeme napětí, elektrony se začnou pohybovat pevným směrem a tok elektronů v určitém směru se nazývá proud. Když se elektrony pohybují ve vodiči, čelí určitému tření. Toto tření se nazývá odpor. Odpor brání volnému pohybu elektronů. Můžeme tedy říci, že odpor snižuje proud.
Napětí: Napětí je tlak, který nutí elektrony proudit ve vodiči určitým směrem. Jednotkou napětí je volt a označuje se V. Dobrým zdrojem napětí je baterie. V elektronických obvodech a zařízeních se nejčastěji používají napětí 3V, 3,3V, 3,7V a 5V.
Současný stav: Proud je tok elektronů v určitém směru. Formálněji řečeno, proud je rychlost změny elektronů v určitém směru. Jednotkou proudu je ampér a označuje se I. V elektronických obvodech se proud pohybuje v miliampérech (1 ampér = 1000 miliampér). Například typický proud pro LED diodu je 20 mA.
Napětí je příčinou a proud je výsledkem.
Odolnost: Odpor je překážka pro tok náboje nebo elektronu. Jednotkou odporu je Jednotkou elektrického odporu v soustavě SI je ohm (Ω).
Mezi těmito třemi veličinami – napětím, proudem a odporem – existuje důležitý vztah:
V = IR nebo I = V / R nebo R = V / I
Tento vztah se nazývá Ohmův zákon. K měření napětí, proudu a odporu se používá voltmetr, ampérmetr a ohmmetr.Přidat tipPoložit otázkuKomentář:Stáhnout
Krok 2: Baterie
Elektrická baterie je zdrojem napětí nebo spíše zdrojem elektrické energie. Baterie dodává elektrickou energii vnitřní chemickou reakcí. Baterie je zařízení se dvěma póly. Jeden se nazývá kladný pól (+V) a druhý záporný pól (-V) nebo zem. Obecně se baterie dělí na dva typy.
- Primární
- Sekundární
Primární baterie se použijí jednou a vyřadí se. Sekundární baterie lze vybíjet a nabíjet opakovaně. Baterie mají mnoho tvarů a velikostí, od miniaturních článků používaných k napájení naslouchadel a náramkových hodinek až po baterie o velikosti místnosti, které zajišťují pohotovostní napájení telefonních ústředen a počítačových datových center. Podle chemického složení baterií může být baterií mnoho typů. Níže je popsáno několik běžných typů baterií používaných v robotice a technických projektech.
Baterie 1,5 V
K dispozici jsou různé velikosti 1,5V baterií. Nejběžnější velikosti jsou AA a AAA. Kapacita se pohybuje od 500 do 3000 mAh.
Lithiový mincovní článek 3 V
Všechny tyto lithiové články mají nominální napětí 3 V (při zatížení), přičemž napětí naprázdno je přibližně 3,6 V. Kapacita se může pohybovat od 30 do 500 mAh. Pro své malé rozměry se hojně používají v nositelných zařízeních.
Alkalické
Tyto baterie nejsou dobíjecí a mohou být použity v malých robotech.
Hydrid niklu a kovu (NIMH)
Tyto baterie mají vysokou hustotu energie a lze je rychle nabíjet. Další důležitou vlastností je cena. Baterie NIMH jsou vzhledem ke své velikosti a kapacitě levné. Tento typ baterií se často používá v robotických aplikacích.
3,7 V Li-ion a Li-polymer
Lithium-iontové a lithium-polymerové baterie lze dobíjet. Mají vysokou vybíjecí kapacitu, vysokou hustotu energie, vysokou kapacitu a malé rozměry. Li-polymerové baterie se hojně používají v robotice a RC projektech. Měrná energie Li-poly baterie je 100-265 W-h/kg.
9V baterie
Devítivoltová baterie v nejběžnější podobě byla zavedena pro první tranzistorová rádia. Má tvar obdélníkového hranolu se zaoblenými hranami a polarizovaným zacvakávacím konektorem v horní části. Všechny mají obdélníkový tvar; rozměry jsou výška 48,5 mm, délka 26,5 mm, šířka 17,5 mm (neboli 1,9 „x1,0 „x0,68“). Obě svorky jsou na jednom konci a jejich středy jsou od sebe vzdáleny 1/2 palce (12,7 mm). Kapacita je přibližně 600 mAh.
Kyselina olovnatá
Olověné akumulátory jsou v průmyslu základními bateriemi. Jsou neuvěřitelně levné, dobíjecí a snadno dostupné. Olověné akumulátory se používají ve strojích, UPS (nepřerušitelných zdrojích napájení), robotice a dalších systémech, kde je potřeba hodně energie a kde není tak důležitá hmotnost. Olověné baterie se dodávají ve 2V článcích, to znamená, že můžete mít baterii se sudým počtem voltů. Nejběžnější napětí jsou 2 V, 6 V, 12 V a 24 V.
Sériové paralelní zapojení baterie
Baterie lze zapojit sériově nebo paralelně. Při sériovém zapojení se zvyšuje úroveň napětí a při paralelním zapojení se zvyšuje proudová kapacita.
Dvě důležité věci týkající se baterie:
Kapacita baterie: Kapacita baterie je měřítkem (obvykle v ampérhodinách) náboje uloženého v baterii a je určena hmotností aktivního materiálu obsaženého v baterii. Kapacita baterie představuje maximální množství energie, které lze z baterie získat za určitých stanovených podmínek. Skutečná schopnost akumulátoru uchovávat energii se však může od „nominální“ jmenovité kapacity značně lišit, protože kapacita akumulátoru silně závisí na stáří a dosavadní historii akumulátoru, na režimech nabíjení nebo vybíjení akumulátoru a na teplotě.
Kapacita baterie se měří ve watthodinách (Wh), kilowatthodinách (kWh), ampérhodinách (Ahr) nebo miliampérhodinách (mAh). Watthodina je napětí (V), které baterie poskytuje, vynásobené tím, jaký proud (ampéry) může baterie poskytovat po určitou dobu (obvykle v hodinách). Napětí * ampéry * hodiny = Wh. Protože napětí je pro daný typ baterie vzhledem k jejímu vnitřnímu chemickému složení (alkalická, lithiová, olověná atd.) v podstatě neměnné, často se na boku uvádí pouze údaj Ampér*hodina, vyjádřený v Ah nebo mAh (1000mAh = 1Ah). Wh získáte vynásobením Ah jmenovitým napětím. Řekněme například, že máme 3V jmenovitou baterii s kapacitou 1Ampérhodin, má tedy kapacitu 3 Wh. Kapacita baterie bude lepší při nižších vybíjecích proudech. Chcete-li určit životnost baterie, vydělte kapacitu skutečným proudem zátěže a získáte počet hodin životnosti. Obvod, který odebírá 10 ma napájený 9voltovou obdélníkovou baterií, bude pracovat přibližně 50 hodin: 500 mAh /10 mA = 50 hodin.
U mnoha typů baterií nelze odebrat celou energii uloženou v baterii (jinými slovy, baterii nelze zcela vybít), aniž by došlo k vážnému a často neopravitelnému poškození baterie. Hloubka vybití (DOD) baterie určuje podíl energie, který lze z baterie odebrat. Pokud například výrobce udává DOD baterie 25 %, pak může být zátěží využito pouze 25 % kapacity baterie.
Rychlost nabíjení/vybíjení ovlivňuje jmenovitou kapacitu baterie. Pokud se akumulátor vybíjí velmi rychle (tj. vybíjecí proud je vysoký), snižuje se množství energie, kterou lze z akumulátoru získat, a kapacita akumulátoru je nižší. Pokud je naopak baterie vybíjena velmi pomalu a nízkým vybíjecím proudem, lze z ní získat více energie a kapacita baterie je vyšší. Například mincovní článek, který je dimenzován na 1 Ah, nemůže ve skutečnosti poskytovat 1 A proud po dobu jedné hodiny, ve skutečnosti nemůže poskytovat ani 0,1 A, aniž by se přetížil. Je to jako říkat, že člověk je schopen urazit až 30 mil: samozřejmě uběhnout 30 mil je něco jiného než jít pěšky! Stejně tak mincovní článek s kapacitou 1Ah nemá problém poskytovat 1mA po dobu 1000 hodin, ale pokud se z něj pokusíte odebírat 100mA, vydrží mnohem méně než 10 hodin.
Teplota baterie ovlivňuje také energii, kterou z ní lze získat. Při vyšších teplotách je kapacita baterie obvykle vyšší než při nižších teplotách. Záměrné zvyšování teploty baterie však není účinnou metodou zvyšování kapacity baterie, protože se tím zároveň snižuje její životnost.
C-rate: Nabíjecí a vybíjecí proud baterie se měří v C-rate. Většina přenosných akumulátorů, s výjimkou olověných, má hodnotu 1C. Při vybíjení 1C se odebírá proud rovnající se jmenovité kapacitě. Například baterie se jmenovitou kapacitou 1000 mAh poskytuje 1000 mA po dobu jedné hodiny, pokud se vybíjí rychlostí 1C. Stejná baterie vybitá rychlostí 0,5C poskytuje 500 mA po dobu dvou hodin. Při vybíjení 2C poskytuje stejná baterie 2000mA po dobu 30 minut. 1C se často označuje jako jednohodinové vybíjení; 0,5C by znamenalo dvouhodinové a 0,1C desetihodinové vybíjení.
Kapacita baterie se běžně měří pomocí analyzátoru baterií. Pokud se údaj o kapacitě analyzátoru zobrazuje v procentech jmenovité hodnoty, zobrazí se 100 %, pokud lze z baterie s jmenovitou kapacitou 1000 mAh odebírat proud 1000 mA po dobu jedné hodiny. Pokud baterie vydrží před vypnutím pouze 30 minut, je uvedeno 50 procent. Nová baterie někdy poskytuje více než 100 procent kapacity. V takovém případě je baterie konzervativně dimenzována a vydrží delší dobu vybíjení, než udává výrobce.
Rychlost nabíjení se často označuje jako C nebo C-rate a znamená rychlost nabíjení nebo vybíjení rovnající se kapacitě baterie za jednu hodinu.
Nabíječka může být specifikována kapacitou baterie nebo rychlostí C; nabíječka s rychlostí C/10 by vrátila kapacitu baterie za 10 hodin, nabíječka s rychlostí 4C by baterii nabila za 15 minut. Velmi rychlé rychlosti nabíjení, 1 hodina nebo méně, obvykle vyžadují, aby nabíječka pečlivě sledovala parametry baterie, jako je svorkové napětí a teplota, aby nedošlo k přebití a poškození článků.
Jak se měří baterie
Velikost
Tohle je docela jednoduché, jak velké jsou baterie? Olověné baterie nejsou o moc menší než C-článkové baterie. Mincové články nejsou o moc větší než čtvrtka. Existují také standardní velikosti, například AA a 9V, které mohou být žádoucí.
Hmotnost a hustota výkonu
To je otázka výkonu: kvalitnější (a dražší) baterie mají vyšší hustotu výkonu. Pokud je hmotnost důležitou součástí vašeho projektu, budete chtít zvolit lehčí baterii s vysokou hustotou. Ta se často vyjadřuje ve watthodinách na kilogram.
Cena
Cena je do značné míry úměrná hustotě výkonu (za vyšší hustotu zaplatíte více) a úměrná kapacitě výkonu (za vyšší kapacitu zaplatíte více). Čím větší výkon chcete v menším a lehčím balení, tím více budete muset zaplatit.
Napětí
Napětí bateriového článku je určeno chemickým složením, které je v něm použito. Například všechny alkalické články mají napětí 1,5 V, všechny olověné články mají napětí 2 V a lithiové články mají napětí 3 V. Baterie se mohou skládat z více článků, takže například olověnou baterii s napětím 2 V uvidíte jen zřídka. Obvykle jsou uvnitř spojeny dohromady a tvoří 6V, 12V nebo 24V baterii. Stejně tak většina elektroniky používá více alkalických článků k vytvoření napětí, které potřebuje ke svému chodu. Nezapomínejte, že napětí je „nominální“ měření, „1,5V“ AA baterie ve skutečnosti začíná na 1,6V a pak rychle klesá na 1,5 a pak pomalu klesá na 1,0V, kdy je baterie považována za „mrtvou“.
Znovupoužitelnost
Některé baterie jsou dobíjecí, obvykle je lze dobíjet stokrát.
Která baterie je pro váš projekt ideální?
Existuje mnoho typů baterií a mnoho typů jejich chemie, takže není snadné rozhodnout, které řešení je pro váš projekt nejlepší. Pokud je váš projekt velmi náročný na energii, například velké zvukové systémy a motorizované projekty, můžete zvolit olověný akumulátor. Pokud chcete postavit nositelný projekt a vyžadujete malý výkon, můžete zvolit lithiový mincovní článek. Pro jakýkoli přenosný projekt s nízkou hmotností, který potřebuje střední výkon, můžete zvolit lithium-iontovou baterii. Můžete také zvolit levnější nikl-metalhydridové (NIMH), které jsou ve srovnání s li-ionovými o něco těžší. Pokud byste rádi vyráběli RC kvadrokoptéry náročné na výkon nebo podobně, pravděpodobně by pro vás byly nejlepší volbou lithium-iontové polymerní baterie (LiPo), protože tyto baterie mají malé rozměry, jsou lehké ve srovnání s jinými typy baterií, lze je velmi rychle dobíjet a mají vysoký výstupní proud.
Pokud je třeba, aby baterie byla uživatelsky vyměnitelná, měli byste zvolit univerzální baterii AA, AAA nebo 9V. Pokud potřebujete 5V baterii, můžete použít 3 alkalické články AAA nebo AA (4,5 V) nebo 4 články NiMH (4,8 V). Ujistěte se, že vaše zařízení bude pracovat při těchto o něco nižších napětích (s největší pravděpodobností ano).
Chcete, aby vám dobíjecí baterie vydržely dlouho?
Používejte kvalitní nabíječku, která je vybavena senzory pro udržování správného nabíjení a trickle nabíjení. Levná nabíječka vaše články zničí.
Krok 3: Rezistor
Rezistor je elektrická součástka, která klade odpor toku elektronů. Rezistor je zcela základním a nejběžnějším prvkem obvodu. Rezistor používáme k řízení toku proudu v elektrickém obvodu. Řízení proudu je velmi důležité a elektronika není nic jiného než umění řídit proud. Bez rezistoru nenajdete žádné elektrické zařízení nebo obvod.
Rezistory jsou pasivní součástky, což znamená, že pouze spotřebovávají energii (a nemohou ji generovat). Rezistory se obvykle přidávají do obvodů, kde doplňují aktivní součástky, jako jsou op-ampéry, mikrokontroléry a další integrované obvody. Běžně se rezistory používají k omezení proudu, dělení napětí a pull-up I/O linek.
Elektrický odpor rezistoru se měří v ohmech. k větším nebo menším hodnotám ohmů lze přiřadit předpony jako kilo-, mega- nebo giga-, aby se velké hodnoty lépe četly. Velmi často se setkáváme s rezistory v rozsahu kiloohmů (kΩ) a megaohmů (MΩ) (mnohem méně často se setkáváme s miliohmovými (mΩ) rezistory). Například rezistor o hodnotě 4 700 Ω odpovídá rezistoru o hodnotě 4,7 kΩ a rezistor o hodnotě 5 600 000 Ω lze zapsat jako 5 600 kΩ nebo (častěji jako) 5,6 MΩ.
Různé typy rezistorů
Existuje mnoho tisíc různých typů rezistorů, které se vyrábějí v různých formách, protože jejich specifické vlastnosti a přesnost vyhovují určitým oblastem použití, jako je vysoká stabilita, vysoké napětí, vysoký proud atd., nebo se používají jako rezistory pro všeobecné použití, kde jejich vlastnosti nejsou takovým problémem.
Některé z běžných charakteristik spojených se skromným rezistorem jsou: teplotní koeficient, napěťový koeficient, šum, frekvenční odezva, výkon a také teplotní označení rezistoru, fyzická velikost a spolehlivost.
Na základě vodivostních vlastností rezistoru lze rezistory rozdělit na:
Lineární odpor: Lineární rezistor je typ rezistoru, jehož odpor zůstává konstantní s rostoucím rozdílem potenciálů nebo napětím, které je na něj přiloženo. Neboli odpor či proud procházející rezistorem se nemění se změnou přiloženého napětí ( P.D ). V-I charakteristika takového rezistoru je přímka.
Nelineární rezistor: Nelineární rezistory jsou takové typy rezistorů, u kterých není proud procházející rezistorem přesně úměrný rozdílu potenciálů, které jsou na něj přivedeny. Tyto typy rezistorů mají nelineární V-I charakteristiku a neřídí se striktně Ohmovým zákonem.
Existuje několik typů nelineárních rezistorů, ale mezi nejčastěji používané patří : NTC rezistory (Negative Temperature Co-efficient) – jejich odpor se snižuje s rostoucí teplotou. Rezistory PTC (Positive Temperature Co-efficient) – jejich odpor se s nárůstem teploty zvyšuje. Rezistory LDR (Light Dependent Resistors) – jejich odpor se snižuje s nárůstem světla. Rezistory VDR (Voltage dependent Resistors) – jejich odpor kriticky klesá při překročení určité hodnoty napětí.
Nelineární rezistory se používají v různých projektech. LDR se používá jako senzor v různých robotických a hobby projektech.
Na základě hodnoty odporu
Rezistor s pevnou hodnotou:
Rezistory s pevnou hodnotou jsou takové typy rezistorů, jejichž hodnota je pevně stanovena již při výrobě a nelze ji během používání měnit.
Proměnný odpor nebo potenciometr :
Proměnné odpory nebo potenciometry jsou takové typy odporů, jejichž hodnotu lze během používání měnit. Tyto typy rezistorů obvykle obsahují hřídel, kterou lze otáčet nebo pohybovat rukou nebo šroubovákem a měnit tak její hodnotu v pevně stanoveném rozsahu, např. od 0 do 100 kiloohmů.
Potenciometry se používají k regulaci hlasitosti a rychlosti v různých projektech a zařízeních.
Balení odporu :
Tyto typy rezistorů jsou rezistory, které obsahují obal, v němž jsou dva nebo více rezistorů. Má mnoho svorek a odpor rezistoru lze zvolit pomocí libovolných dvou svorek z dostupných svorek nebo jej lze také použít jako pole rezistorů pro různé účely.
Na základě složení :
Složení uhlíku:
Tyto typy rezistorů jsou vyrobeny ze složených uhlíkových částic, které drží pohromadě pomocí vazebné rezistence. Poměr použitých uhlíkových částic a rezistoru určuje hodnotu rezistoru. Na obou koncích kompozice je připevněna kovová čepička s malou tyčinkou cínu pro pájení nebo použití v obvodech, pak je celý obal uzavřen v plastovém pouzdře, aby se zabránilo vlhkosti a reakci se vzduchem.
Tyto typy rezistorů obvykle produkují v obvodu šum způsobený přechodem elektronů přes jednu uhlíkovou částici na druhou, proto se tyto typy rezistorů nepoužívají v kritických obvodech, i když jsou levné.
Usazování uhlíku:
Rezistor, který se vyrábí nanesením tenké vrstvy uhlíku na keramickou tyčinku, se nazývá rezistor s uhlíkovou depozicí. Vyrábějí se zahříváním keramické tyčinky v baňce s metanem a nanášením uhlíku kolem ní pomocí procesu krakování skla. Hodnota rezistoru je určena množstvím uhlíku naneseného kolem keramické tyče.
Kovová fólie:
Kovové filmové rezistory se vyrábějí nanesením odpařeného kovu ve vakuu na tyčinku s keramickým jádrem. tyto typy rezistorů jsou velmi spolehlivé , mají vysokou toleranci a také vysoký teplotní koeficient. Tyto typy rezistorů jsou ve srovnání s jinými dražší, ale používají se v kritických systémech.
Drátěný návin:
Drátové rezistory se vyrábějí navíjením kovového drátu na keramické jádro. Kovový drát je slitinou různých kovů v závislosti na vlastnostech a požadovaném odporu rezistoru. Tyto typy rezistorů mají vysokou stabilitu a vydrží i vysoké výkony, ale ve srovnání s jinými typy rezistorů jsou obvykle objemnější.
Keramický kov:
Tyto typy rezistorů se vyrábějí vypalováním určitých kovů smíchaných s keramikou na keramickém substrátu. Poměr směsi ve směsi keramiky a kovu určuje hodnotu rezistoru. Tyto typy rezistorů jsou velmi stabilní a mají také přesný odpor. Tyto typy rezistorů se většinou používají jako rezistory typu Surface Mount pro použití v deskách plošných spojů SMD.
Na základě funkce rezistoru:
Přesné rezistory:
Přesné rezistory jsou rezistory, které mají velmi nízké tolerance, takže jsou velmi přesné (téměř
jejich jmenovité hodnotě).
U všech rezistorů je uvedena hodnota tolerance, která se udává v procentech. Hodnota tolerance nám říká, jak blízko jmenovité hodnotě se může odpor lišit. Například rezistor 500Ω, který má hodnotu tolerance 10 %, může mít odpor někde mezi 10 % nad 500Ω (550Ω) nebo 10 % pod 500Ω (450Ω). Pokud má stejný rezistor toleranci 1 %, bude se jeho odpor lišit pouze o 1 %. Rezistor o hodnotě 500Ω se tedy může pohybovat v rozmezí 495Ω až 505Ω. Toto je tolerance jako příklad.
Přesný rezistor je rezistor s tolerancí pouhých 0,005 %. To znamená, že přesný rezistor se od své jmenovité hodnoty liší pouze o 0,005 %.
Přesné rezistory mají velmi nízkou procentuální toleranci hodnot, takže jsou velmi přesné na své jmenovité hodnoty. Od svých jmenovitých hodnot se liší jen velmi málo, takže se používají v aplikacích, kde je nutná vysoká přesnost, pokud jde o hodnoty odporu.
Tavný odpor:
Tavný rezistor je drátový rezistor, který je navržen tak, aby se při překročení jmenovitého výkonu rezistoru snadno spálil. Tavný rezistor tak plní dvojí funkci. Když není překročen výkon, slouží jako rezistor omezující proud. Když je jmenovitý výkon překročen, funguje jako pojistka, která shoří a stane se otevřenou částí obvodu, aby chránila součásti v obvodu před nadměrným proudem.
Cementové rezistory:
Cementové rezistory jsou výkonové rezistory, které jsou odolné vůči teplu a plameni. Cementové rezistory jsou vyrobeny tak, aby zvládly průchod velkého množství energie a nepoškodily se teplem ani plamenem. Pokud navrhujete obvod, kde rezistorem prochází velké množství proudu a kde je třeba, aby byl odolný vůči velkému teplu a plameni, jsou cementové rezistory dobrou volbou pro návrh.
Typické výkony se pohybují od 1 W do 20 W a více. Tolerance od uvedené hodnoty odporu se pohybují kolem 5 %.
Termistory:
Termistor je tepelně citlivý rezistor, jehož hodnota odporu se mění se změnou provozní teploty. Vzhledem k samočinnému ohřevu proudu v termistoru se jeho odpor mění se změnou proudu.
Termistory vykazují buď kladný teplotní koeficient (PTC), nebo záporný teplotní koeficient (NTC). Pokud má termistor kladný teplotní koeficient, jeho odpor se zvyšuje s rostoucí provozní teplotou. Naopak, pokud má termistor záporný teplotní koeficient, jeho odpor se s rostoucí provozní teplotou snižuje.
Velikost změny odporu při změně provozní teploty závisí na velikosti a konstrukci termistoru. Vždy je nejlepší podívat se do datasheetu používaného termistoru, abyste zjistili všechny specifikace termistorů.
Termistory se často používají v elektronických obvodech pro měření teploty, regulaci teploty a kompenzaci teploty.
Fotorezistory:
Fotorezistory jsou rezistory, jejichž hodnota odporu se mění v závislosti na dopadu světla na povrch rezistoru. V tmavém prostředí je odpor fotorezistoru velmi vysoký, možná i několik MΩ, v závislosti na jmenovitém odporu konkrétního použitého fotorezistoru. Když na povrch dopadá intenzivní světlo, odpor fotorezistoru dramaticky klesne, případně až na 400 Ω.
Fotorezistory jsou tedy proměnné rezistory, jejichž hodnota odporu se mění v závislosti na množství světla dopadajícího na jejich povrch.
Typy olověných a neolověných rezistorů
Olověné rezistory: Tento typ rezistoru se používá již od prvních elektronických součástek. Obvykle se součástky připojovaly ke svorkovnicím v té či oné podobě a bylo zapotřebí vést vývody z rezistorového prvku. Postupem času se začaly používat desky s plošnými spoji a vývody se vkládaly otvory v deskách a obvykle se pájely na zadní straně, kde se měly nacházet stopy.
Rezistory pro povrchovou montáž:
Tyto typy rezistorů se od zavedení technologie povrchové montáže používají stále častěji. Obvykle se tento typ rezistoru vyrábí tenkovrstvou technologií. Lze získat celou řadu hodnot.
Krok 4: Standardní nebo běžné hodnoty odporů
Asociace elektronického průmyslu (EIA) a další autority stanovují standardní hodnoty rezistorů, někdy označované jako systém „preferovaných hodnot“. Systém preferovaných hodnot má svůj původ v prvních letech minulého století, v době, kdy většina rezistorů byla z uhlíkového grafitu s relativně nízkou výrobní tolerancí. Důvod je jednoduchý – hodnoty součástek vybírejte na základě tolerancí, s nimiž je lze vyrobit. Na příkladu zařízení s 10% tolerancí předpokládejme, že první preferovaná hodnota je 100 ohmů. Nemá smysl vyrábět rezistor o hodnotě 105 ohmů, protože 105 ohmů spadá do rozsahu 10% tolerance rezistoru 100 ohmů. Další rozumná hodnota je 120 ohmů, protože se očekává, že 100 ohmový rezistor s 10% tolerancí bude mít hodnotu někde mezi 900 a 110 ohmy. Rezistor 120 ohmů má hodnotu v rozmezí 110 až 130 ohmů. Podle této logiky by preferované hodnoty pro rezistory s 10% tolerancí mezi 100 a 1 000 ohmy byly 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330 a tak dále (vhodně zaokrouhleno); to je řada E12 uvedená v tabulce níže. Řada EIA „E“ udává preferované hodnoty pro různé tolerance. Číslo následující za písmenem „E“ udává počet logaritmických kroků na dekádu. Níže uvedená tabulka je normalizována pro dekádu mezi 100 a 1 000. Hodnoty v kterékoli dekádě lze odvodit pouhým vydělením nebo vynásobením položek tabulky mocninami 10. Řady jsou následující:
E6 20% tolerance,
E12 10% tolerance,
E24 5% tolerance (a obvykle 2% tolerance),
E48 Tolerance 2 %,
E96 Tolerance 1 %,
E192 .5, .25, .1 % a vyšší tolerance.
Standardní hodnoty dekádových odporů EIA:
Řada E6: (20% tolerance) 10, 15, 22, 33, 47, 68
Řada E12: (10% tolerance) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
Řada E24: (5% tolerance) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
Řada E48: (tolerance 2 %) 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 261, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953.
Řada E96: (tolerance 1%) 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 491, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 959, 976
Řada E192: (0,5, 0,25, 0,1 a 0.05% tolerance) 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 165, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205, 208, 210, 213, 215, 218, 221, 223, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267, 271, 274, 277, 280, 284, 287, 291, 294, 298, 301, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379, 383, 388, 392, 397, 402, 407, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 517, 523, 530, 536, 542, 549, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673, 681, 690, 698, 706, 715, 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 920, 931, 942, 953, 965, 976, 988
Při navrhování zařízení je vhodné držet se nejnižšího průřezu řady E, tj. je lepší použít E6 než E12. Tímto způsobem lze minimalizovat počet různých částí v každém zařízení. Pokud lze použít dekádové hodnoty, tj. 100R, 1K, 10 atd., tím lépe. Jedná se o velmi běžné hodnoty rezistorů, které se hojně používají. Snižuje se tím také množství různých součástek a zlepšuje se skladová evidence.
U mnoha digitálních návrhů, kde se rezistor používá jako pull up nebo pull down, nemá hodnota rezistoru velký význam a je to snadné. U analogových návrhů je to trochu složitější a jsou potřeba hodnoty E12 nebo E24. Při požadavcích na vysokou přesnost a úzkou toleranci jsou zapotřebí hodnoty řady E48, E96 nebo dokonce E192. Protože se řady vyšších řádů používají méně, jsou obvykle vyšší i jejich náklady. Používání běžných hodnot rezistorů může snížit náklady i zásoby.
Krok 5: Barevné kódy rezistorů
Známe mnoho různých typů rezistorů a víme, že je lze použít v elektrických i elektronických obvodech k řízení toku proudu nebo k výrobě napětí mnoha různými způsoby. Aby to však bylo možné, musí mít skutečný rezistor nějakou formu „odporové“ nebo „odporové“ hodnoty. Rezistory jsou k dispozici v řadě různých hodnot odporu od zlomků ohmu ( Ω ) až po miliony ohmů.
Hodnota odporu, tolerance a jmenovitý příkon jsou obvykle vytištěny na těle rezistoru jako čísla nebo písmena, pokud je tělo rezistoru dostatečně velké, aby se dalo číst písmo, například u velkých výkonových rezistorů. Pokud je však rezistor malý, jako například 1/4W uhlíkový nebo filmový typ, musí být tyto údaje uvedeny jiným způsobem, protože by byl tisk příliš malý na to, aby byl čitelný.
Aby se tento problém překonal, používají se u malých rezistorů barevné lakované pásky, které označují jak hodnotu odporu, tak toleranci, přičemž fyzická velikost rezistoru udává jeho jmenovitý výkon. Tyto barevné lakované pásky vytvářejí systém identifikace obecně známý jako barevný kód rezistorů. Mezinárodní a všeobecně přijímaný systém barevného označení rezistorů byl vyvinut před mnoha lety jako jednoduchý a rychlý způsob identifikace ohmické hodnoty rezistorů bez ohledu na jejich velikost nebo stav. Skládá se ze souboru jednotlivých barevných kroužků nebo pásů ve spektrálním pořadí, které představují každou číslici hodnoty rezistoru. Označení barevného kódu rezistoru se čte vždy po jednom pásmu zleva doprava, přičemž pásmo s větší šířkou tolerance je orientováno na pravou stranu a označuje jeho toleranci. Shodou barvy prvního pásma s přiřazeným číslem ve sloupci číslic níže uvedené barevné tabulky se identifikuje první číslice, která představuje první číslici hodnoty odporu. Opětovným porovnáním barvy druhého pásku s přiřazeným číslem ve sloupci číslic barevného diagramu získáme druhou číslici hodnoty odporu atd. Pak se barevný kód rezistoru čte zleva doprava, jak je znázorněno na obrázku.
Tipy pro čtení kódů rezistorů
Směr čtení nemusí být vždy jasný. Někdy zvětšená mezera mezi 3. a 4. pásmem prozradí směr čtení. Také první pásmo je obvykle nejblíže k vodítku. Zlatý nebo stříbrný pásek (tolerance) je vždy poslední pásek. je dobré se podívat do dokumentace výrobce, abyste si byli jisti použitým kódovacím systémem. Ještě lepší je změřit odpor multimetrem. V některých případech to může být dokonce jediný způsob, jak zjistit odpor; například když jsou barevné pásky vypálené.
Rezistory pro povrchovou montáž
Rezistory pro povrchovou montáž (SMD Resistors) jsou velmi malé rezistory ve tvaru obdélníku, které jsou určeny k připájení přímo na povrch desky s plošnými spoji, odtud jejich název. Rezistory pro povrchovou montáž mají obvykle tělo z keramického substrátu, na kterém je nanesena silná vrstva rezistoru z oxidu kovu. Hodnota odporu rezistoru se řídí zvětšením požadované tloušťky, délky nebo typu použité nanesené vrstvy a lze vyrábět velmi přesné rezistory s nízkou tolerancí až 0,1 %. Mají také kovové svorky nebo krytky na obou koncích těla, což umožňuje jejich pájení přímo na desky s plošnými spoji. Rezistory pro povrchovou montáž jsou opatřeny třímístným nebo čtyřmístným číselným kódem, který je podobný kódu používanému na běžnějších rezistorech axiálního typu pro označení jejich odporové hodnoty. Standardní SMD rezistory jsou označeny třímístným kódem, v němž první dvě číslice představují první dvě čísla hodnoty odporu a třetí číslice je násobitel, buď x1, x10, x100 atd. Například:
„103“ = 10 × 1 000 ohmů = 10 kiloΩ´s
„392“ = 39 × 100 ohmů = 3,9 kiloΩ´s
„563“ = 56 × 1 000 ohmů = 56 kiloΩ´s
„105“ = 10 × 100 000 ohmů = 1 MegaΩ
Rezistory pro povrchovou montáž, které mají hodnotu menší než 100 Ω, se obvykle zapisují jako: „390“, „470“, „560“, přičemž poslední nula představuje násobek 10^0, což odpovídá 1. Například: „390“ = 39 × 1Ω = 39Ω´s nebo 39RΩ „470“ = 47 × 1Ω = 47Ω´s nebo 47RΩ Hodnoty odporu menší než deset mají písmeno „R“ pro označení pozice desetinné čárky, takže 4R7 = 4,7Ω. Rezistory pro povrchovou montáž, které mají označení „000“ nebo „0000“, jsou rezistory s nulovým odporem (0Ω) nebo jinými slovy zkratovací články, protože tyto součástky mají nulový odpor.Přidat tipPoložit otázkuKomentář:Stáhnout
Krok 6: Sériový paralelní odpor
Rezistory se v elektronice neustále párují, obvykle v sériovém nebo paralelním zapojení. Při sériovém nebo paralelním zapojení rezistorů vzniká celkový odpor, který lze vypočítat pomocí jedné ze dvou rovnic. Znalost toho, jak se hodnoty rezistorů kombinují, se hodí, pokud potřebujete vytvořit konkrétní hodnotu rezistoru.
Sériové rezistory
Při sériovém zapojení se hodnoty rezistorů jednoduše sčítají. Pokud tedy například potřebujete rezistor o hodnotě 12,33 kΩ, vyhledejte některé z běžných hodnot rezistorů 12 kΩ a 330 Ω a spojte je do série.
Paralelní rezistory
Zjištění odporu paralelně zapojených rezistorů není tak snadné. Celkový odpor N paralelně zapojených rezistorů je převrácenou hodnotou součtu všech inverzních odporů. Tato rovnice by mohla dávat větší smysl než poslední věta.
Některé příklady použití rezistorů
Omezovač proudu
Jedno z hlavních použití rezistoru jako omezovače proudu. Rezistory jsou klíčové pro zajištění toho, aby LED diody nevybuchly při připojení napájení. Připojením rezistoru do série s LED lze proud protékající oběma součástkami omezit na bezpečnou hodnotu. Všimněte si níže uvedeného zapojení. Rezistor R je zapojen do série s LED diodou.
Pro výpočet hodnoty proudového omezovacího rezistoru pro led je třeba vzít v úvahu dvě důležité věci, typické dopředné napětí (Vf) a maximální dopředný proud (If). Typické dopředné napětí je napětí, které je nutné k tomu, aby se LED dioda rozsvítila, a mění se (obvykle někde mezi 1,7 V a 3,4 V) v závislosti na barvě LED diody. Maximální dopředný proud se u základních LED obvykle pohybuje kolem 20 mA; trvalý proud procházející LED by měl být vždy roven nebo menší než tento jmenovitý proud. Jakmile získáte hodnotu Vf a If, můžete vypočítat velikost omezovacího rezistoru podle vzorce:
R = (Vs – Vf) / If
kde Vs je napájecí napětí. V našem případě předpokládejme, že napájíme ze zdroje 5 V a napětí dopředné diody je 1,8 V. Pak je hodnota rezistoru pro proud diody 10 mA:
R = (5 – 1,8) / 10 = 320 ohmů.
Děliče napětí
Dělič napětí je odporový obvod, který mění velké napětí na menší. Pomocí pouhých dvou rezistorů v sérii lze vytvořit výstupní napětí, které je zlomkem vstupního napětí a závisí na poměru obou rezistorů.
V obvodu na pravé straně jsou sériově zapojeny dva rezistory R1 a R2 a přes ně je připojen zdroj napětí (Vin). Napětí z Vout na GND lze vypočítat jako:
Vout = Vin x R2 / (R1 + R2)
Pokud by například R1 byl 1,7 kΩ a R2 3,3 kΩ, vstupní napětí 5 V by se na svorce Vout změnilo na 3,3 V.
Děliče napětí jsou velmi užitečné pro čtení odporových senzorů, jako jsou fotobuňky, flexi senzory a silové rezistory. Jednu polovinu děliče napětí tvoří senzor a druhou část statický rezistor. Výstupní napětí mezi oběma součástkami je připojeno k analogově-digitálnímu převodníku na mikrokontroléru (MCU), který snímá hodnotu senzoru.
Pull-up rezistory
Pull-up rezistor se používá, když potřebujete předřadit vstupní pin mikrokontroléru do známého stavu. Jeden konec rezistoru je připojen k vývodu MCU a druhý konec je připojen k vysokému napětí (obvykle 5 V nebo 3,3 V).
Bez pull-up rezistoru by vstupy MCU mohly zůstat plovoucí. Neexistuje žádná záruka, že plovoucí pin je buď vysoký (5 V), nebo nízký (0 V).
Pull-up rezistory se často používají při propojení s tlačítkovým nebo spínacím vstupem. Když je spínač rozepnutý, může pull-up rezistor předpínat vstupní pin. A chrání obvod před zkratem, když je spínač zavřený.
Ve výše uvedeném zapojení je při rozepnutém spínači vstupní pin MCU připojen přes rezistor na 5 V. Když je spínač zavřený, vstupní kolík je připojen přímo k GND.
Hodnota pull-up rezistoru obvykle nemusí být nijak specifická. Měla by však být dostatečně vysoká, aby se neztratilo příliš mnoho výkonu, pokud se na něj přivede napětí 5 V nebo více. Obvykle se osvědčují hodnoty kolem 10 kΩ.
Krok 7: Kondenzátor
Kondenzátor je něco jako baterie, ale má jiný úkol. Baterie používá chemické látky k ukládání elektrické energie a velmi pomalu ji uvolňuje prostřednictvím obvodu; někdy (v případě křemenných hodinek) to může trvat i několik let. Kondenzátor obvykle uvolňuje energii mnohem rychleji – často během několika sekund nebo méně. Pokud například fotografujete s bleskem, potřebujete, aby váš fotoaparát vytvořil obrovský výboj světla během zlomku sekundy. Kondenzátor připojený k zábleskové pistoli se na několik sekund nabije energií z baterií fotoaparátu. (Nabíjení kondenzátoru nějakou dobu trvá, a proto je obvykle nutné chvíli počkat.) Jakmile je kondenzátor plně nabitý, může v okamžiku uvolnit veškerou energii prostřednictvím xenonové zábleskové výbojky. Zap!
Existuje mnoho různých druhů kondenzátorů, od velmi malých kondenzátorových kuliček používaných v rezonančních obvodech až po velké kondenzátory pro korekci účiníku, ale všechny dělají totéž – uchovávají náboj. V základní podobě se kondenzátor skládá ze dvou nebo více paralelních vodivých (kovových) desek, které nejsou vzájemně propojeny ani se nedotýkají, ale jsou elektricky odděleny buď vzduchem, nebo nějakou formou dobrého izolačního materiálu, jako je voskovaný papír, slída, keramika, plast nebo nějaká forma tekutého gelu, který se používá v elektrolytických kondenzátorech. Izolační vrstva mezi deskami kondenzátoru se běžně nazývá dielektrikum. Typický kondenzátor
Díky této izolační vrstvě nemůže kondenzátorem protékat stejnosměrný proud, protože ho blokuje a místo toho je na deskách napětí v podobě elektrického náboje.
Kondenzátory a kapacita
Množství elektrické energie, které kondenzátor dokáže uchovat, se nazývá jeho kapacita. Kapacita kondenzátoru se trochu podobá velikosti vědra: čím větší vědro, tím více vody se v něm může uchovávat; čím větší kapacita, tím více elektrické energie kondenzátor uchová. Existují tři způsoby, jak zvýšit kapacitu kondenzátoru. Jedním z nich je zvětšení velikosti desek. Dalším způsobem je přiblížit desky k sobě. Třetím způsobem je zajistit, aby dielektrikum bylo co nejlepším izolantem. Kondenzátory používají dielektrika z nejrůznějších materiálů. V tranzistorových rádiích se ladění provádí pomocí velkého proměnného kondenzátoru, který má mezi svými deskami pouze vzduch. Ve většině elektronických obvodů jsou kondenzátory utěsněné součástky s dielektrikem z keramiky, jako je slída a sklo, papír namočený v oleji nebo plasty, jako je mylar.
Velikost kondenzátoru se měří v jednotkách zvaných farad (F), pojmenovaných po anglickém průkopníkovi elektrotechniky Michaelu Faradayovi (1791-1867). Jeden farad je obrovské množství kapacity, takže v praxi se většina kondenzátorů, se kterými se setkáváme, skládá právě ze zlomků faradu – typicky z mikrofaradů (miliontin faradu, psáno μF), nanofaradů (tisícimiliontin faradu, psáno nF) a pikofaradů (miliontin faradu, psáno pF).Superkondenzátory uchovávají mnohem větší náboje, někdy se udávají v tisících faradů.
Typy kondenzátorů
Existuje mnoho různých typů kondenzátorů a každý z nich se liší svými vlastnostmi a každý má své výhody a nevýhody.
Některé typy kondenzátorů se mohou nabíjet až na vyšší napětí, a proto je lze použít ve vysokonapěťových aplikacích. Některé kondenzátory se mohou nabíjet až do velmi vysokých nábojů, například hliníkové elektrolytické kondenzátory. Některé kondenzátory mají velmi nízkou těsnost nízkou těsnost a jiné mají velmi vysokou těsnost. Všechny tyto faktory určují, jak a v jakých aplikacích budou jednotlivé kondenzátory v obvodech použity.
Podle konstrukce se kondenzátory dělí na tyto různé typy:
Elektrolytický typ:
Pro většinu aplikací používáme elektrolytické kondenzátory. Pro studenty elektroniky jsou velmi důležité, protože se dají snadno sehnat a použít a jsou také levné.
Elektrolytické kondenzátory se obvykle používají, pokud jsou požadovány velmi velké hodnoty kapacity, obvykle nad 1μF. Zde se místo velmi tenké vrstvy kovové fólie pro jednu z elektrod používá polotekutý roztok elektrolytu ve formě želé nebo pasty, který slouží jako druhá elektroda (obvykle katoda).
Dielektrikum je velmi tenká vrstva oxidu, která se při výrobě pěstuje elektrochemicky a jejíž tloušťka je menší než deset mikrometrů. Tato izolační vrstva je tak tenká, že je možné vyrobit kondenzátory s velkou hodnotou kapacity při malých fyzických rozměrech, protože vzdálenost mezi deskami d je velmi malá.
Většina elektrolytických kondenzátorů je polarizovaná, to znamená, že stejnosměrné napětí přiváděné na svorky kondenzátoru musí mít správnou polaritu, tj. kladné na kladný pól a záporné na záporný pól, protože nesprávná polarizace způsobí porušení izolační vrstvy oxidu a může dojít k trvalému poškození. Všechny polarizované elektrolytické kondenzátory mají jasně vyznačenou polaritu se záporným znaménkem, které označuje zápornou svorku, a tato polarita musí být dodržena. Elektrolytické kondenzátory se obecně používají v obvodech stejnosměrného napájení díky své velké kapacitě a malým rozměrům, které pomáhají snižovat zvlnění napětí nebo pro vazební a oddělovací aplikace. Jednou z hlavních nevýhod elektrolytických kondenzátorů je jejich relativně nízké jmenovité napětí a vzhledem k polarizaci elektrolytických kondenzátorů z toho vyplývá, že se nesmí používat ve střídavých zdrojích. Elektrolytické kondenzátory se obecně vyrábějí ve dvou základních formách: hliníkové elektrolytické kondenzátory a tantalové elektrolytické kondenzátory.
Elektrolytický kondenzátor je obvykle označen těmito údaji:
1. Hodnota kapacity.
2. Maximální napětí.
3. Maximální teplota.
4. Polarita.
U elektrolytického kondenzátoru se kapacita měří v mikrofaradech. Na základě požadavku se vybere vhodný kondenzátor. S vyšší kapacitou roste i velikost kondenzátoru.
Jmenovité napětí kondenzátoru
Všechny kondenzátory mají maximální jmenovité napětí a při výběru kondenzátoru je třeba brát v úvahu velikost napětí, které bude na kondenzátor přivedeno. Maximální velikost napětí, které lze na kondenzátor přiložit, aniž by došlo k poškození jeho dielektrika, je v katalogových listech obvykle uvedena takto: WV (pracovní napětí) nebo WV DC (stejnosměrné pracovní napětí). Pokud je napětí přiložené na kondenzátor příliš velké, dojde k porušení dielektrika (tzv. elektrickému průrazu) a mezi deskami kondenzátoru vznikne oblouk, jehož výsledkem je zkrat. Pracovní napětí kondenzátoru závisí na typu použitého dielektrika a jeho tloušťce. Stejnosměrné pracovní napětí kondenzátoru je právě maximální stejnosměrné napětí, a NE maximální střídavé napětí, protože kondenzátor s jmenovitým stejnosměrným napětím 100 V nemůže být bezpečně vystaven střídavému napětí 100 V. Protože střídavé napětí má efektivní hodnotu 100 voltů, ale špičkovou hodnotu přes 141 voltů!. Pak by kondenzátor, který má pracovat při střídavém napětí 100 voltů, měl mít pracovní napětí alespoň 200 voltů. V praxi by se měl kondenzátor vybírat tak, aby jeho pracovní napětí, ať už stejnosměrné, nebo střídavé, bylo alespoň o 50 % vyšší než nejvyšší efektivní napětí, které na něj má být přivedeno.
Typ polyesteru:
Polyesterové kondenzátory jsou kondenzátory složené z kovových desek, mezi nimiž je nanesena polyesterová fólie, nebo je na izolátoru nanesena pokovená fólie.
Polyesterové kondenzátory jsou k dispozici v rozsahu 1nF až 15µF a s pracovním napětím od 50 V do 1500 V. Dodávají se s tolerancí 5 %, 10 % a 20 %. Mají vysoký teplotní koeficient. Mají vysoký izolační odpor, takže jsou dobrou volbou kondenzátorů pro vazební a/nebo paměťové aplikace. Ve srovnání s většinou ostatních typů mají polyesterové kondenzátory vysokou kapacitu na jednotku objemu. To znamená, že do fyzicky menšího kondenzátoru se vejde větší kapacita. Tato vlastnost spolu s jejich relativně nízkou cenou činí z polyesterových kondenzátorů široce používané, oblíbené a levné kondenzátory.
Typ tantalu:
Tantalové kondenzátory jsou kondenzátory vyrobené z pentoxidu tantalu. Tantalové kondenzátory jsou stejně jako hliníkové elektrolytické kondenzátory, což znamená, že jsou polarizované. Jejich hlavní výhodou (zejména oproti hliníkovým kondenzátorům) je, že jsou menší, lehčí a stabilnější. Mají nižší svodové poměry a menší indukčnost mezi vývody. Jejich nevýhodou však je, že mají nižší maximální akumulační kapacitu a nižší maximální pracovní napětí. Jsou také náchylnější k poškození vysokými proudovými špičkami. Z posledního důvodu se tantalové kondenzátory používají hlavně v analogových signálových systémech, které postrádají vysoké proudové šumy.
Keramické kondenzátory:
Keramické kondenzátory nebo obecně nazývané diskové kondenzátory se vyrábějí tak, že se obě strany malého porcelánového nebo keramického disku pokryjí stříbrem a pak se poskládají dohromady, aby vznikl kondenzátor. Pro velmi nízké hodnoty kapacity se používá jeden keramický disk o průměru asi 3-6 mm. Keramické kondenzátory mají vysokou dielektrickou konstantu (High-K) a jsou k dispozici tak, aby bylo možné získat relativně vysoké kapacity při malých fyzických rozměrech. Keramický kondenzátor
Vykazují velké nelineární změny kapacity v závislosti na teplotě, a proto se používají jako oddělovací nebo obtokové kondenzátory, protože jsou to také nepolarizovaná zařízení. Keramické kondenzátory mají hodnoty od několika pikofaradů až po jeden nebo dva mikrofarady ( μF ), ale jejich jmenovité napětí je obecně poměrně nízké. Keramické typy kondenzátorů mají obvykle na svém těle vytištěný třímístný kód, který identifikuje jejich hodnotu kapacity v pikofaradech. Obecně první dvě číslice označují hodnotu kondenzátoru a třetí číslice udává počet nul, které je třeba přičíst. Například keramický diskový kondenzátor s označením 103 označuje 10 a 3 nuly v piko-faradech, což odpovídá 10 000 pF nebo 10nF. Podobně by číslice 104 označovaly 10 a 4 nuly v piko-faradech, což odpovídá 100 000 pF nebo 100nF atd. Na obrázku keramického kondenzátoru výše tedy číslice 154 označují 15 a 4 nuly v piko-faradech, což odpovídá 150 000 pF nebo 150nF nebo 0,15uF. Někdy se k označení jejich toleranční hodnoty používají písmenné kódy, jako např: J = 5 %, K = 10 % nebo M = 20 % atd.
Obecné použití kondenzátorů
- Vyhlazování, zejména v aplikacích napájení, které vyžadují převod střídavého signálu na stejnosměrný.
- Skladování energie.
- Oddělení a propojení signálu jako kondenzátorová vazba, která blokuje stejnosměrný proud a umožňuje průchod střídavého proudu v obvodech.
- Ladění, jako v rádiových systémech, připojením k LC oscilátoru a naladěním na požadovanou frekvenci.
- Časování, vzhledem k pevně stanovené době nabíjení a vybíjení kondenzátorů.
- Pro korekci účiníku elektrické energie a mnoho dalších aplikací.
Krok 8: Induktor
Induktor je pasivní elektronická součástka, která uchovává energii ve formě magnetického pole. Jak víme, rezistor se brání průtoku proudu, induktor se brání změně protékajícího proudu. Pro stejnosměrný proud tedy induktor není nic jiného než vodič. Jinými slovy, induktory kladou odpor nebo odpor změnám proudu, ale snadno propustí stejnosměrný proud v ustáleném stavu.
Proud, který protéká induktorem, vytváří magnetický tok, který je mu úměrný. Ale na rozdíl od kondenzátoru, který se brání změně napětí na svých deskách, induktor se brání rychlosti změny proudu, který jím protéká, v důsledku nahromadění samoindukované energie v jeho magnetickém poli.
Ve své nejzákladnější podobě není induktor nic jiného než cívka drátu navinutá kolem centrálního jádra. U většiny cívek vytváří proud protékající cívkou kolem ní magnetický tok, který je úměrný tomuto toku elektrického proudu.
Induktor, nazývaný také tlumivka. Induktory jsou tvořeny drátem pevně ovinutým kolem pevného středového jádra, které může mít podobu buď rovné válcové tyče, nebo souvislé smyčky či prstence, který soustřeďuje magnetický tok. Schematický symbol pro induktor je symbol cívky z drátu, takže cívku z drátu lze proto také nazvat induktorem. Induktory se obvykle dělí do kategorií podle typu vnitřního jádra, na které jsou navinuty, například na duté jádro (volný vzduch), pevné železné jádro nebo měkké feritové jádro, přičemž různé typy jádra se rozlišují přidáním souvislých nebo tečkovaných rovnoběžných čar vedle cívky drátu, jak je znázorněno níže.
Standardní jednotkou indukčnosti je henry, zkráceně H. Jedná se o velkou jednotku. Běžnějšími jednotkami jsou mikrohenry, zkráceně µH (1 µH =10^-6H) a milihenry, zkráceně mH (1 mH =10^-3 H). Příležitostně se používá i nanohenry (nH) (1 nH = 10^-9 H).
Aplikace induktorů
Filtry
Induktory se hojně používají spolu s kondenzátory a rezistory k vytváření filtrů pro analogové obvody a zpracování signálů. Samotný induktor funguje jako dolnopropustný filtr, protože impedance induktoru se zvyšuje s rostoucí frekvencí signálu. V kombinaci s kondenzátorem, jehož impedance s rostoucí frekvencí signálu klesá, lze vytvořit vroubkovaný filtr, který propouští pouze určitý frekvenční rozsah. Kombinací kondenzátorů, induktorů a rezistorů různými způsoby lze vytvořit pokročilé topologie filtrů pro libovolný počet aplikací. Filtry se používají ve většině elektroniky, i když se často používají spíše kondenzátory než induktory, protože jsou menší a levnější.
Senzory
Bezkontaktní senzory jsou ceněny pro svou spolehlivost a snadnou obsluhu a induktory lze použít ke snímání magnetického pole nebo přítomnosti magneticky propustného materiálu na dálku. Indukční snímače se používají téměř na každé křižovatce se semaforem, kde zjišťují intenzitu dopravy a podle toho upravují signál. Tyto senzory fungují výjimečně dobře pro osobní a nákladní automobily, ale některé motocykly a jiná vozidla nemají dostatečnou signaturu, aby je senzory detekovaly bez dodatečného posílení přidáním magnetu h3 na spodní část vozidla. Indukční snímače jsou omezeny dvěma hlavními způsoby, buď musí být snímaný objekt magnetický a indukovat ve snímači proud, nebo musí být snímač napájen, aby detekoval přítomnost materiálů, které interagují s magnetickým polem. To omezuje možnosti použití indukčních snímačů a má zásadní dopad na konstrukce, které je používají.
Transformers
Kombinací cívek, které mají společnou magnetickou dráhu, vznikne transformátor. Transformátor je základní součástí národních elektrických sítí a nachází se také v mnoha zdrojích napájení, kde slouží ke zvýšení nebo snížení napětí na požadovanou úroveň. Protože magnetické pole vzniká změnou proudu, čím rychleji se proud mění (zvyšuje se frekvence), tím účinněji transformátor pracuje. Samozřejmě s rostoucí frekvencí vstupu začíná impedance cívky omezovat účinnost transformátoru.
Motory
Obvykle jsou induktory v pevné poloze a nemohou se pohybovat, aby se přizpůsobily okolnímu magnetickému poli. Indukční motor využívá magnetické síly působící na induktory k přeměně elektrické energie na mechanickou. Indukční motory jsou konstruovány tak, aby se v čase se střídavým vstupem vytvářelo točivé magnetické pole. Protože rychlost otáčení je řízena vstupní frekvencí, indukční motory se často používají v aplikacích s pevnou rychlostí, které lze napájet přímo ze sítě 50/60 Hz. Největší výhodou indukčních motorů oproti jiným konstrukcím je, že mezi rotorem a motorem není nutný žádný elektrický kontakt, což činí indukční motory velmi robustními a spolehlivými.
Ukládání energie
Stejně jako kondenzátory lze i induktory použít k ukládání energie. Na rozdíl od kondenzátorů je u induktorů výrazně omezeno, jak dlouho mohou energii uchovávat, protože energie je uložena v magnetickém poli, které se po odpojení napájení rychle rozpadá. Hlavní využití induktorů jako úložiště energie je ve spínaných napájecích zdrojích, jako je například napájecí zdroj v počítači. V jednodušších, neizolovaných spínaných napájecích zdrojích se místo transformátoru a součásti pro ukládání energie používá jediný induktor. V těchto obvodech určuje poměr doby, po kterou je induktor napájen, a doby, po kterou není napájen, poměr vstupního a výstupního napětí.
Induktory se používají také pro bezdrátový přenos energie a v elektromechanických relé.
Krok 9: Dioda
Dioda je specializovaná elektronická součástka se dvěma elektrodami, které se nazývají anoda a katoda. Většina diod se vyrábí z polovodičových materiálů, jako je křemík, germanium nebo selen. Diody lze použít jako usměrňovače, omezovače signálu, regulátory napětí, spínače, modulátory signálu, směšovače signálu, demodulátory signálu a oscilátory.
Základní vlastností diody je její tendence vést elektrický proud pouze jedním směrem. Když je katoda záporně nabitá vůči anodě při napětí větším než určité minimum, které se nazývá dopředný průraz, pak diodou protéká proud. Pokud je katoda vůči anodě kladná, je na ní stejné napětí jako na anodě nebo je záporná o hodnotu menší než napětí dopředného přerušení, pak dioda nevede proud. Toto je zjednodušený pohled, ale platí pro diody pracující jako usměrňovače, spínače a omezovače. Napětí dopředného přerušení je přibližně šest desetin voltu (0,6 V) u křemíkových zařízení, 0,3 V u germaniových zařízení a 1 V u selenových zařízení.
Napětí při poruše
Pokud na diodu přivedeme dostatečně velké záporné napětí, dioda se podvolí a nechá proud téct v opačném směru. Toto velké záporné napětí se nazývá průrazné napětí. Některé diody jsou skutečně konstruovány tak, aby pracovaly v oblasti průrazného napětí, ale pro většinu běžných diod není příliš zdravé, aby byly vystaveny velkým záporným napětím. U běžných diod se toto průrazné napětí pohybuje kolem -50 V až -100 V, případně i více záporných hodnot.
Typy diod
V elektronice se dnes používá mnoho různých typů diod. Každý z těchto druhů má své vlastní specializované použití. Já se budu zabývat pouze nejběžnějšími typy.
Usměrňovací dioda:
Tyto diody se používají k usměrnění střídavého napájení v napájecích zdrojích. Usměrňovací nebo výkonová dioda je standardní dioda s mnohem vyšším maximálním jmenovitým proudem. Tento vyšší jmenovitý proud je obvykle na úkor většího dopředného napětí. Například dioda 1N4001 má jmenovitý proud 1 A a dopředné napětí 1,1 V.
Signální diody:
Malá signální dioda je malý nelineární polovodič, který se často používá v elektronických obvodech s vysokými frekvencemi nebo malými proudy v televizi, rádiu a digitálních logických obvodech. Malé signálové diody jsou ve srovnání s běžnými výkonovými diodami menší. Obvykle mají středně vysoký úbytek napětí v přímém směru a nízký maximální jmenovitý proud. Běžným příkladem signální diody je dioda1N4148. Je velmi univerzální, má typický úbytek napětí v přímém směru 0,72 V a maximální jmenovitý proud v přímém směru 300 mA.
Schottkyho diody:
Tyto diody se vyznačují nižším úbytkem napětí v přímém směru ve srovnání s běžnými křemíkovými diodami s přechodem PN. Úbytek napětí se může pohybovat mezi 0,15 a 0,4 V při nízkých proudech ve srovnání s 0,6 V u křemíkové diody. Aby bylo dosaženo tohoto výkonu, jsou tyto diody konstruovány jinak než běžné diody, s kontaktem kov-polovodič. Schottkyho diody se používají ve vysokofrekvenčních aplikacích, usměrňovačích a upínacích diodách.
Zenerovy diody:
Zenerovy diody jsou podivným vyvrhelem rodiny diod. Obvykle se používají k záměrnému vedení zpětného proudu. Zenerovy diody jsou konstruovány tak, aby měly velmi přesné průrazné napětí, které se nazývá zenerovo průrazné nebo zenerovo napětí. Když zenerkou protéká dostatečný proud v opačném směru, úbytek napětí na ní se udrží stabilně na průrazném napětí. S využitím jejich průrazné vlastnosti se Zenerovy diody často používají k vytvoření známého referenčního napětí přesně na úrovni jejich Zenerova napětí. Mohou být použity jako regulátor napětí pro malé zátěže, ale ve skutečnosti nejsou určeny k regulaci napětí obvodů, které budou odebírat značné množství proudu.
Světelné diody:
Stejně jako běžné diody propouštějí LED diody proud pouze jedním směrem. Mají také jmenovité dopředné napětí, což je napětí potřebné k tomu, aby se rozsvítily. VF jmenovitá hodnota LED je obvykle větší než u normální diody (1,2~3 V) a závisí na barvě, kterou LED vyzařuje. Například jmenovité dopředné napětí diody Super Bright Blue LED je přibližně 3,3 V, zatímco u stejně velké diody Super Bright Red LED je to pouze 2,2 V. Podrobněji se LED diodami budu zabývat později.
Fotodioda:
Fotodiody se používají k detekci světla a mají široké průhledné přechody. Obecně tyto diody pracují v opačném směru, takže lze snadno detekovat i malé množství proudu, které vzniká v důsledku světla. Fotodiody lze také použít k výrobě elektřiny, jako solární články a dokonce i ve fotometrii.
Laserová dioda:
Tento typ diody se liší od typu LED, protože vytváří koherentní světlo. Tyto diody nacházejí uplatnění v mechanikách DVD a CD, laserových ukazovátkách atd. Laserové diody jsou dražší než LED diody. Jsou však levnější než jiné formy laserových generátorů. Navíc mají tyto laserové diody omezenou životnost.
Krok 10: LED
Světelné diody, běžně nazývané LED, jsou ve světě elektroniky skutečnými hrdiny. Vykonávají desítky různých činností a nacházejí se v nejrůznějších zařízeních. Mimo jiné tvoří čísla na digitálních hodinách, přenášejí informace z dálkových ovladačů, rozsvěcují hodinky a informují vás o zapnutých spotřebičích. Dohromady mohou tvořit obraz na velké televizní obrazovce nebo osvětlovat semafory.
LED diody jsou v podstatě jen malé žárovky, které se snadno zapojí do elektrického obvodu. Na rozdíl od běžných žárovek však nemají vlákno, které by se přepálilo, a nijak zvlášť se nezahřívají. Svítí výhradně pohybem elektronů v polovodičovém materiálu a vydrží stejně dlouho jako běžný tranzistor. Životnost LED diody překonává krátkou životnost žárovky o tisíce hodin. Drobné LED diody již nahrazují trubice, které osvětlují LCD HDTV, a vytvářejí tak výrazně tenčí televizory.
LED diody se většinou používají ke dvěma účelům: k osvětlení a indikaci. Osvětlovat znamená „svítit na něco“ – jako baterka nebo světlomety. Chcete, aby vaše světlomety byly zatraceně jasné. Indikace znamená „ukazovat na něco“ – jako směrovky nebo brzdová světla na autě. Nechcete přece, aby směrovka vašeho auta oslňovala lidi! Rozptýlené LED diody jsou opravdu dobré pro indikaci, vypadají měkce a rovnoměrně a jsou dobře vidět z jakéhokoli úhlu. Čiré diody LED jsou opravdu dobré pro svícení, světlo je přímé a silné – ale není na ně dobře vidět z úhlu, protože světlo jde pouze dopředu.
Konstrukce obvodů LED
LED diody jsou diody, které jsou napájeno proudem, nikoli napětím. Jednoduše řečeno, když se LED diody „napájí“ určitým proudem v přímém směru (z plusu do mínusu nebo z anody na katodu), začnou vyzařovat světlo při určitém minimálním proudu. Typické červené LED vyžadují pro slušný jas proud asi 10 mA až 20 mA. Více by nemuselo příliš pomoci – LED by byla při překročení limitu namáhána a mohla by se zničit.
Vzhledem k tomu, že LED diody jsou proudová zařízení a nelze na ně přímo přivést napětí, nelze je připojit přímo k baterii nebo napájecímu zdroji. LED dioda se okamžitě zničí, protože proud je příliš velký. Proud se musí snížit. Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je použít rezistor. Rezistor sníží proud a napětí klesne na přijatelnou úroveň.
Jak tedy zjistíme, jakou hodnotu rezistoru použít? Použijeme k tomu Ohmův zákon. Ohmův zákon říká, že napětí je součinem proudu a odporu, neboli V = IR, kde „I“ je proud.
Vypočítejte hodnotu odporu LED podle následujícího vzorce:
Hodnota odporu LED, R = (napájecí napětí – napětí LED) / proud LED.
V našem příkladu:
Řekněme, že použijeme 9V baterii, pak napájecí napětí = 9V. Napětí LED pro červenou LED z kroku 2 je 2,0 V Proud LED je 20 mA (jedná se o typickou hodnotu, pokud není uvedena výrobcem) Pokud není hodnota rezistoru k dispozici, zvolte nejbližší standardní hodnotu rezistoru, která je větší. Pokud chcete prodloužit životnost baterie, můžete zvolit vyšší hodnotu rezistoru, abyste snížili proud. Snížení proudu bude mít za následek ztlumení LED diody. Pro proud 15 mA LED platí R = (9 – 2,0) / 15 mA = 466 ohmů, použijte nejbližší vyšší standardní hodnotu = 470 ohmů.
Krok 11: Tranzistor
Tranzistory lze považovat za druh elektronického spínače, stejně jako mnoho dalších elektronických součástek. Tranzistor je mnohem rychlejší než mechanický spínač.
Existují dva základní typy tranzistorů: BJT (bi-polar junction) a MOSFET (metal-oxide field-effect), přičemž existují vlastně dvě verze BJT: NPN a PNP. Ve většině obvodů se obvykle používá NPN. Existují stovky tranzistorů, které pracují při různých napětích, ale všechny spadají do těchto dvou kategorií. Tranzistory se vyrábějí v různých tvarech, ale mají tři vývody (nožičky). BÁZE – což je vodič zodpovědný za aktivaci tranzistoru, KOLEKTOR – což je kladný vodič, EMITÉR – což je záporný vodič.
Tranzistor je velmi jednoduchý – a velmi složitý. Začněme tou jednoduchou částí. Tranzistor je miniaturní elektronická součástka, která může vykonávat dvě různé činnosti. Může pracovat buď jako zesilovač, nebo jako spínač:
Když funguje jako zesilovač, přijímá na jednom konci malý elektrický proud (vstupní proud) a na druhém konci vytváří mnohem větší elektrický proud (výstupní proud). Jinými slovy, je to druh zesilovače proudu. To se hodí například u naslouchadel, což je jedna z prvních věcí, ke kterým se tranzistory používaly. Sluchadlo má v sobě malý mikrofon, který zachycuje zvuky z okolního světa a mění je na kolísající elektrický proud. Ty jsou přiváděny do tranzistoru, který je zesiluje a napájí malý reproduktor, takže slyšíte mnohem hlasitější verzi zvuků kolem vás.
Tranzistory mohou fungovat také jako spínače. Malý elektrický proud protékající jednou částí tranzistoru může způsobit, že jinou částí tranzistoru poteče mnohem větší proud. Jinými slovy, malý proud spíná ten větší. Takto v podstatě fungují všechny počítačové čipy. Například paměťový čip obsahuje stovky milionů nebo dokonce miliardy tranzistorů, z nichž každý lze zapnout nebo vypnout samostatně. Protože každý tranzistor může být ve dvou různých stavech, může uchovávat dvě různá čísla, nulu a jedničku. Díky miliardám tranzistorů může čip uložit miliardy nul a jedniček a téměř stejně tolik obyčejných čísel a písmen (nebo znaků, jak jim říkáme). Více o tom za chvíli.
Provozní režimy
Na rozdíl od rezistorů, u nichž platí lineární vztah mezi napětím a proudem, jsou tranzistory nelineární zařízení. Mají čtyři různé provozní režimy, které popisují proud, který jimi protéká. (Hovoříme-li o proudu protékajícím tranzistorem, máme obvykle na mysli proud tekoucí od kolektoru k emitoru tranzistoru NPN. Čtyři provozní režimy tranzistoru jsou následující:
Nasycení – tranzistor se chová jako zkrat. Proud volně teče z kolektoru do emitoru.
Vypnutí – tranzistor se chová jako otevřený obvod. Z kolektoru do emitoru neteče žádný proud.
Aktivní – proud z kolektoru do emitoru je úměrný proudu tekoucímu do báze.
Reverzně aktivní – stejně jako v aktivním režimu je proud úměrný proudu báze, ale teče opačně.
Aplikace: Spínače
Jednou z nejzákladnějších aplikací tranzistoru je jeho použití k řízení toku energie do jiné části obvodu – použití jako elektrického spínače. Řízením tranzistoru v režimu vypnutí nebo nasycení lze vytvořit binární efekt zapnutí/vypnutí spínače. Tranzistorové spínače jsou kritickými stavebními prvky obvodů; používají se k výrobě logických hradel, z nichž se dále vytvářejí mikrokontroléry, mikroprocesory a další integrované obvody.
Tranzistorový spínač
Podívejme se na nejzákladnější obvod tranzistorového spínače: spínač NPN. Zde použijeme NPN k ovládání výkonné LED diody.
Náš řídicí vstup proudí do báze, výstup je svázán s kolektorem a emitor je udržován na pevném napětí.
Zatímco u běžného spínače je třeba fyzicky přepnout aktuátor, tento spínač je ovládán napětím na základním pinu. Vývod I/O mikrokontroléru, jako jsou například vývody Arduina, lze naprogramovat tak, aby byl vysoký nebo nízký a LED dioda se rozsvítila nebo zhasla.
Když je napětí na bázi větší než 0,6 V (nebo jakákoli hodnota Vth vašeho tranzistoru), tranzistor se začne sytit a vypadá jako zkrat mezi kolektorem a emitorem. Když je napětí na bázi menší než 0,6 V, tranzistor je v režimu odpojení – neprotéká jím žádný proud, protože vypadá jako otevřený obvod mezi C a E.
Výše uvedený obvod se nazývá low-side switch, protože spínač – náš tranzistor – je na spodní (zemní) straně obvodu. Alternativně můžeme použít tranzistor PNP a vytvořit tak spínač na vysoké straně:
Podobně jako u obvodu NPN je bází náš vstup a emitor je svázán s konstantním napětím. Tentokrát je však emitor svázán vysoko a zátěž je připojena k tranzistoru na straně země.
Toto zapojení funguje stejně dobře jako spínač NPN, ale je tu jeden velký rozdíl: aby se zátěž „zapnula“, musí být báze nízká. To může způsobit komplikace, zejména pokud je vysoké napětí zátěže (na tomto obrázku VCC) vyšší než vysoké napětí našeho řídicího vstupu. Toto zapojení by například nefungovalo, kdybychom se snažili použít Arduino s napětím 5 V k zapnutí 12V motoru. V takovém případě by nebylo možné spínač vypnout, protože VB by bylo vždy menší než VE.
Základní odpory
Všimněte si, že každý z těchto obvodů používá sériový odpor mezi řídicím vstupem a bází tranzistoru. Nezapomeňte tento odpor přidat! Tranzistor bez rezistoru na bázi je jako LED dioda bez rezistoru omezujícího proud.
Připomeňme si, že tranzistor je svým způsobem jen dvojice vzájemně propojených diod. Diodu báze-emitor přepínáme dopředu, abychom zapnuli zátěž. Dioda potřebuje k sepnutí pouze 0,6 V, větší napětí než toto znamená větší proud. Některé tranzistory mohou být dimenzovány pouze na maximální proud 10-100 mA, který jimi může protékat. Pokud dodáte proud vyšší, než je maximální jmenovitá hodnota, tranzistor může vybouchnout.
Sériový odpor mezi naším řídicím zdrojem a bází omezuje proud do báze. Uzel báze-emitor může získat svůj šťastný úbytek napětí 0,6 V a rezistor může snížit zbývající napětí. Hodnota rezistoru a napětí na něm určí proud.
Odpor musí být dostatečně velký, aby účinně omezil proud, ale dostatečně malý, aby dodával bázi dostatečný proud. Obvykle stačí 1mA až 10mA a hodnota rezistoru báze může být 1k až 10k, ale pro jistotu se podívejte do datasheetu vašeho tranzistoru.
Některé běžné BJT, které se často používají v hobby projektech
| Název | Typ | Vce | Ic | Pd | ft |
|---|---|---|---|---|---|
| 2N2222 | NPN | 40V | 800 mA | 625 mW | 300MHz |
| BC548 | NPN | 30V | 100 mA | 500mW | 300MHz |
| 2N3904 | NPN | 40V | 200mA | 625 mW | 270MHz |
| 2N3906 | PNP | -40V | -200mA | 625 mW | 250MHz |
| BC557 | PNP | -45V | -100mA | 500mW | 150MHz |
| TIP120 (napájení) | NPN | 60V | 5A | 65W | – |
Podrobnosti naleznete v datovém listu.
MOSFET
Tranzistor s kovovým oxidem a polovodičem (MOSFET, MOS-FET nebo MOS FET) je další typ tranzistoru používaný k zesilování nebo přepínání elektronických signálů.
Hlavní výhodou tranzistoru MOSFET oproti běžnému tranzistoru je, že potřebuje velmi malý proud k zapnutí (méně než 1 mA), zatímco do zátěže dodává mnohem větší proud (10 až 50 A nebo více).
Polovodičový tranzistor na bázi oxidu kovu, zkráceně MOSFET, má extrémně vysoký vstupní odpor hradla, přičemž proud protékající kanálem mezi zdrojem a odtokem je řízen napětím na hradle. Kvůli této vysoké vstupní impedanci a zesílení mohou být tranzistory MOSFET snadno poškozeny statickou elektřinou, pokud nejsou pečlivě chráněny nebo se s nimi nezachází opatrně.
MOSFETy jsou ideální pro použití jako elektronické spínače nebo zesilovače se společným zdrojem, protože mají velmi malou spotřebu energie. Typické aplikace tranzistorů s polem na bázi oxidů kovů jsou v mikroprocesorech, pamětech, kalkulačkách a logických hradlech CMOS atd.
Přílohy
- 2N3904.pdfStáhnout
- 2n3906.pdfStáhnout
- BC547.pdfStáhnout
- BC557.pdfStáhnout
- PN2222A.pdfStáhnout
- TIP120.pdfStáhnout
Přidat tipPoložit otázkuKomentář:Stáhnout
Krok 12: Regulátory napětí
Regulátor napětí generuje pevné výstupní napětí nastavené velikosti, které zůstává konstantní bez ohledu na změny vstupního napětí nebo podmínek zátěže. Existují dva typy regulátorů napětí:
- Lineární
- Přepínání
Rozptylový výkon lineárního regulátoru je přímo úměrný jeho výstupnímu proudu pro dané vstupní a výstupní napětí, takže typická účinnost může být 50 % nebo dokonce nižší. Při použití optimálních komponent může spínaný regulátor dosáhnout účinnosti v rozmezí 90 %. Výstupní šum lineárního regulátoru je však mnohem nižší než u spínaného regulátoru se stejnými požadavky na výstupní napětí a proud. Spínaný regulátor může obvykle řídit vyšší proudové zátěže než lineární regulátor.
Lineární regulátor
Lineární regulátor využívá aktivní (BJT nebo MOSFET) propustné zařízení (sériové nebo boční) řízené diferenciálním zesilovačem s vysokým ziskem. Porovnává výstupní napětí s přesným referenčním napětím a nastavuje propustné zařízení tak, aby udržovalo konstantní výstupní napětí.
Toto regulační zařízení se chová jako proměnný odpor a průběžně upravuje síť děliče napětí tak, aby bylo udržováno konstantní výstupní napětí. Rozdíl mezi vstupním a regulovaným napětím se neustále odvádí jako odpadní teplo. Vzhledem k tomu, že se lineární regulátory napětí často používají v několika elektronických zařízeních, jsou velmi rozšířené lineární regulátory ve formě integrovaných obvodů (IC). Existuje několik různých druhů lineárních regulátorů.
Všechny lineární regulátory vyžadují vstupní napětí alespoň o určitou minimální hodnotu vyšší než požadované výstupní napětí. Toto minimální množství se nazývá úbytkové napětí. Například běžný regulátor, jako je 7805, má výstupní napětí 5 V, ale dokáže je udržet pouze tehdy, pokud vstupní napětí zůstane nad přibližně 7 V, než výstupní napětí začne klesat pod jmenovitý výstup. Jeho odpadní napětí je tedy 7V – 5V = 2V. Existují dva typy lineárních regulátorů:
Pevné regulátory
„Pevné“ třípólové lineární regulátory jsou běžně k dispozici pro generování pevných napětí plus 3 V a plus nebo minus 5 V, 6 V, 9 V, 12 V nebo 15 V, pokud je zátěž menší než 1,5 A. Řada „78xx“ (7805, 7812 atd.) reguluje kladná napětí, zatímco řada „79xx“ (7905, 7912 atd.) reguluje záporná napětí. Poslední dvě číslice čísla zařízení často označují výstupní napětí (např. 7805 je regulátor +5 V, zatímco 7915 je regulátor -15 V). Existují varianty integrovaných obvodů řady 78xx, např. 78L a 78S, z nichž některé mohou dodávat až 2 A.
Variabilní regulátory
Nastavitelný regulátor vytváří mezi svým výstupem a nastavovací svorkou (ekvivalent zemnicí svorky u pevného regulátoru) pevné nízké jmenovité napětí. Do této skupiny zařízení patří zařízení s nízkým výkonem, jako je LM723, a zařízení se středním výkonem, jako jsou LM317 a L200. Některé z proměnných regulátorů jsou k dispozici v pouzdrech s více než třemi vývody, včetně duálních řadových pouzder. Nabízejí možnost nastavení výstupního napětí pomocí externích rezistorů určitých hodnot.
Řada LM317 (+1,25 V) reguluje kladná napětí, zatímco řada LM337 (-1,25 V) reguluje záporná napětí. Regulace se provádí sestrojením děliče potenciálu, jehož konce jsou mezi výstupem regulátoru a zemí a jehož středový odbočovač je připojen ke svorce „adjust“ regulátoru. Poměr odporů určuje výstupní napětí pomocí stejných mechanismů zpětné vazby, které byly popsány dříve.
Běžně používaný lineární regulátor napětí
L7805 (regulátor napětí – 5 V): Jedná se o základní regulátor napětí L7805, třípólový kladný regulátor s pevným výstupním napětím 5 V. Tento pevný regulátor zajišťuje pro váš projekt místní regulaci, vnitřní omezení proudu, řízení tepelného vypnutí a ochranu bezpečného prostoru. Každý z těchto napěťových regulátorů může vyvést maximální proud 1,5 A.
L7812 (regulátor napětí – 12V): Jedná se o základní regulátor napětí L7812, třípólový kladný regulátor s pevným výstupním napětím 12V. Tento pevný regulátor zajišťuje místní regulaci, vnitřní omezení proudu, řízení tepelného vypnutí a ochranu bezpečného prostoru pro váš projekt. Každý z těchto napěťových regulátorů může vyvést maximální proud 1,5 A.
LM317 (nastavitelné napětí 1,25 V až 37 V): LM317 je nastavitelný tříkoncový regulátor kladného napětí, který je schopen dodávat více než 1,5 A v rozsahu výstupního napětí 1,25 V až 37 V. K nastavení výstupního napětí vyžaduje pouze dva externí rezistory. Zařízení má typickou síťovou regulaci 0,01 % a typickou regulaci zátěže 0,1 %. Obsahuje proudové omezení, tepelnou ochranu proti přetížení a ochranu bezpečné provozní oblasti.
Podrobnosti naleznete v katalogovém listu.
Spínací regulátor
Spínací regulátor převádí stejnosměrné vstupní napětí na spínané napětí přiváděné na výkonový spínač MOSFET nebo BJT. Filtrované výstupní napětí výkonového spínače je přiváděno zpět do obvodu, který řídí dobu zapnutí a vypnutí výkonového spínače tak, aby výstupní napětí zůstalo konstantní bez ohledu na změny vstupního napětí nebo proudu zátěže.
Existují tři běžné topologie: buck (step-down), boost (step-up) a buck-boost (step-up/stepdown). Mezi další topologie patří flyback, SEPIC, Cuk, push-pull, forward, full-bridge a half-bridge.
Spínané regulátory vyžadují prostředky pro změnu výstupního napětí v závislosti na změnách vstupního a výstupního napětí. Jedním z přístupů je použití PWM, která řídí vstup do příslušného výkonového spínače, čímž se řídí doba jeho zapnutí a vypnutí (pracovní cyklus). Za provozu je filtrované výstupní napětí regulátoru přiváděno zpět do regulátoru PWM, který řídí pracovní cyklus. Pokud má filtrovaný výstup tendenci se měnit, zpětná vazba aplikovaná na PWM regulátor mění pracovní cyklus, aby se udrželo konstantní výstupní napětí.
Boost měnič
Zesilovací měnič (step-up měnič) je stejnosměrný stejnosměrný měnič s výstupním napětím vyšším než vstupní napětí. Zesilovací měniče se používají v případě, že je potřeba vyšší napětí, než je dostupné napětí z baterie. Předpokládejme, že máte baterii s napětím 3,7 V, ale pro své zařízení potřebujete napětí 5 V, pak můžete použít zvyšovací měnič.
Vzhledem k tomu, že zvyšovací měniče mohou snadno dodávat velká přepětí, téměř vždy obsahují nějakou regulaci pro řízení výstupního napětí a pro tento účel se vyrábí mnoho I.C. Typickým příkladem I.C. zvyšovacího měniče je LM27313 od Texas Instruments. Tento čip je určen pro použití v systémech s nízkou spotřebou energie, jako jsou PDA, fotoaparáty, mobilní telefony a zařízení GPS. Dalším běžným nastavitelným zesilovacím měničem je LM2577.
Přílohy
Přidat tipPoložit otázkuKomentář:Stáhnout
Krok 13: Integrované obvody
Integrovaný obvod (IC), někdy nazývaný čip nebo mikročip, je polovodičová destička, na které jsou vyrobeny tisíce nebo miliony malých rezistorů, kondenzátorů a tranzistorů. Integrované obvody (IC) jsou základním kamenem moderní elektroniky. Jsou srdcem a mozkem většiny obvodů. Integrovaný obvod může fungovat jako zesilovač, oscilátor, časovač, čítač, počítačová paměť nebo mikroprocesor. Podle zamýšleného použití se konkrétní integrovaný obvod dělí na lineární (analogový ) nebo digitální.
Lineární integrované obvody mají spojitě proměnný výstup (teoreticky schopný dosáhnout nekonečného počtu stavů), který závisí na úrovni vstupního signálu. Jak vyplývá z termínu, úroveň výstupního signálu je lineární funkcí úrovně vstupního signálu. V ideálním případě, když se okamžitý výstup vynese do grafu v závislosti na okamžité vstupní hodnotě, jeví se graf jako přímka. Lineární integrované obvody se používají jako audiofrekvenční (AF) a radiofrekvenční (RF) zesilovače. Operační zesilovač(op amp) je v těchto aplikacích běžným zařízením.
Digitální integrované obvody pracují pouze v několika definovaných úrovních nebo stavech, nikoli v souvislém rozsahu amplitud signálu. Tato zařízení se používají v počítačích, počítačových sítích, modemech a čítačích frekvence. Základními stavebními prvky digitálních integrovaných obvodů jsou logická hradla, která pracují s binárními daty, tj. signály, které mají pouze dva různé stavy, nazývané nízký (logická 0) a vysoký (logická 1).
Podle způsobu výroby lze integrované obvody rozdělit do dvou skupin: hybridní a monolitické. Hybridní obvody jsou na trhu déle.
Balíčky IC
Obal je to, co uzavírá součástku integrovaného obvodu a rozděluje ji do zařízení, ke kterému se můžeme snadněji připojit. Každý vnější spoj na desce je připojen malým kouskem zlatého drátu k podložce nebo kolíku na obalu. Piny jsou stříbrné, vystupující svorky na integrovaném obvodu, které se dále připojují k dalším částem obvodu. Ty jsou pro nás nesmírně důležité, protože právě ony se budou dále připojovat k ostatním součástkám a vodičům v obvodu.
Existuje mnoho různých typů obalů, z nichž každý má jedinečné rozměry, typy montáže a/nebo počty vývodů.
Číslování vývodů
Všechny integrované obvody jsou polarizované a každý pin je jedinečný jak z hlediska umístění, tak z hlediska funkce. To znamená, že obal musí mít nějaký způsob, jak sdělit, který pin je který. Většina integrovaných obvodů používá buď zářez, nebo tečku, která označuje, který pin je první. (Někdy obojí, někdy jedno nebo druhé.)
Styl montáže
Jedním z hlavních charakteristických rysů typů obalů je způsob jejich montáže na desku s plošnými spoji. Všechny obaly patří do jednoho ze dvou typů montáže: průchozí (PTH) nebo povrchová (SMD nebo SMT). Průchozí obaly jsou obecně větší a mnohem snadněji se s nimi pracuje. Jsou určeny k prostrčení jednou stranou desky a připájení na druhou stranu.
Balíčky pro povrchovou montáž mají různou velikost, od malých až po miniaturní. Všechny jsou určeny k umístění na jednu stranu desky s plošnými spoji a k připájení k povrchu.
Běžné integrované obvody
Logická hradla (řada 7400), časovače (555, 556), posuvné registry (74HC164, 74HC595), mikrokontroléry (PIC16F877A, ATmega328P), mikroprocesory (8086, 80386, MC68030), FPGA, senzory (LM35, 5843), RTC (DS3231, DS1307), atd.
Zdroj: https://www.instructables.com/Complete-Guide-for-Tech-Beginners/