Ηλεκτρονικά εξαρτήματα

Από το σχέδιο στο τραπέζι

Στη Φυσική είδες το κύκλωμα ως ιδέα: πηγή, κλειστή διαδρομή, ρεύμα, τάση, νόμος του Ωμ. Στην Τεχνολογία το ίδιο κύκλωμα γίνεται κατασκευή. Έχεις μπροστά σου ένα σακουλάκι με μικρά κομμάτια, ένα πλαστικό πλαίσιο γεμάτο τρύπες και μια μπαταρία, και πρέπει να φτιάξεις κάτι που δουλεύει την πρώτη φορά, χωρίς να καεί τίποτα.

Για να γίνει αυτό χρειάζεσαι τρία πράγματα: να αναγνωρίζεις κάθε εξάρτημα, να διαβάζεις τι γράφει πάνω του (ή τι γράφει το φύλλο δεδομένων του), και να ξέρεις πού μπαίνει στην πλακέτα.

Τα εξαρτήματα του πρώτου κυκλώματος

Τα δύο που χρειάζονται τη μεγαλύτερη προσοχή είναι η αντίσταση και το LED. Το ένα πρέπει να το διαβάσεις, το άλλο να το προστατέψεις.

Η αντίσταση και τα χρώματά της

Μια αντίσταση είναι πολύ μικρή για να τυπωθεί πάνω της «$470$ Ω». Γι' αυτό η τιμή της γράφεται με χρωματιστές λωρίδες, σύμφωνα με έναν διεθνή κώδικα (πρότυπο IEC 60062). Στις συνηθισμένες αντιστάσεις με τέσσερις λωρίδες:

• η 1η και η 2η λωρίδα είναι τα δύο πρώτα ψηφία,
• η 3η λέει πόσα μηδενικά ακολουθούν (ο πολλαπλασιαστής),
• η 4η, λίγο πιο απομακρυσμένη, είναι η ανοχή: πόσο μπορεί να απέχει η πραγματική τιμή από τη γραμμένη.

Ανοχή: χρυσό $\pm 5\%$, ασημί $\pm 10\%$, καφέ $\pm 1\%$.

Για παράδειγμα, κόκκινο – κόκκινο – καφέ – χρυσό σημαίνει $2$, $2$ και ένα μηδενικό: $220$ Ω, με ανοχή $\pm 5\%$. Η πραγματική τιμή μπορεί να είναι από $209$ ως $231$ Ω, και για ένα κύκλωμα με LED αυτό δεν αλλάζει τίποτα.

Το LED θέλει πάντα αντίσταση

Το LED (δίοδος εκπομπής φωτός) έχει δύο ποδαράκια που δεν είναι ίδια. Το μακρύ είναι η άνοδος και πάει προς το $+$. Το κοντό είναι η κάθοδος και πάει προς το $-$· από αυτή την πλευρά και το πλαστικό του κέλυφος έχει μια μικρή επίπεδη άκρη. Αν το βάλεις ανάποδα δεν καίγεται από αυτό, απλώς δεν ανάβει: η δίοδος αφήνει το ρεύμα να περάσει μόνο προς μία κατεύθυνση.

Το LED όμως δεν «φρενάρει» μόνο του το ρεύμα όπως μια λάμπα πυρακτώσεως. Όταν ανάψει, κρατά περίπου σταθερή τάση στα άκρα του και αφήνει να περάσει όσο ρεύμα του δώσει το υπόλοιπο κύκλωμα. Συνδεδεμένο σκέτο σε μπαταρία $9$ V, παίρνει πολύ περισσότερο ρεύμα απ' όσο αντέχει και καίγεται σε μια στιγμή. Γι' αυτό μπαίνει σε σειρά μια αντίσταση που κρατάει το ρεύμα στα όρια.

Τα δύο νούμερα που χρειάζεσαι τα γράφει το φύλλο δεδομένων (datasheet) του LED. Για τα κοινά LED των $5$ mm οι τυπικές τιμές είναι:

Τυπικές τιμές· κάθε κατασκευαστής δίνει τις δικές του στο φύλλο δεδομένων.

Η αντίσταση πρέπει να «πάρει» την τάση που περισσεύει. Αν $V$ είναι η τάση της πηγής και $I$ το ρεύμα που θέλεις, από τον νόμο του Ωμ:

$R = \frac{V - V_\text{LED}}{I}$

Ποια αντίσταση για αυτό το LED;

Διάλεξε πηγή και LED, και μετά μια αντίσταση. Στόχος: ρεύμα από 5 έως 20 mA. Πάνω από 20 mA το LED κινδυνεύει· κάτω από 5 mA φαίνεται αμυδρά.

Πηγή και LED

Πηγή 5 V, κόκκινο LEDΜπαταρία 9 V, κόκκινο LEDΤροφοδοτικό 12 V, κόκκινο LEDΠηγή 5 V, λευκό LED

Ποια αντίσταση;

47 Ω150 Ω390 Ω1 kΩ

Ποια αντίσταση;

Πρόσεξε την τελευταία περίπτωση: με την ίδια πηγή των $5$ V, το λευκό LED θέλει μικρότερη αντίσταση από το κόκκινο, γιατί κρατάει μεγαλύτερη τάση για τον εαυτό του.

Το breadboard: ποιες τρύπες είναι ενωμένες

Το breadboard (πλακέτα δοκιμών) είναι ένα πλαστικό πλαίσιο με εκατοντάδες τρύπες. Από κάτω υπάρχουν μεταλλικά ελάσματα που ενώνουν ομάδες τρυπών. Βάζεις ένα ποδαράκι σε μια τρύπα και είναι ήδη συνδεδεμένο με ό,τι άλλο μπει στην ίδια ομάδα. Δεν κολλάς τίποτα· αν κάνεις λάθος, απλώς το βγάζεις.

Σε ένα τυπικό breadboard:

• Οι στήλες είναι αριθμημένες ($1$, $2$, $3$, …) και οι σειρές έχουν γράμματα (a ως j).
• Οι πέντε τρύπες a–e μιας στήλης είναι ενωμένες. Το ίδιο και οι πέντε f–j της ίδιας στήλης.
• Στη μέση υπάρχει ένα κανάλι. Οι a–e και οι f–j δεν ενώνονται μεταξύ τους πάνω από αυτό. Εκεί πατάνε τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, ώστε κάθε ποδαράκι τους να έχει τη δική του στήλη.
• Στις άκρες υπάρχουν οι γραμμές τροφοδοσίας, μια κόκκινη ($+$) και μια μπλε ($-$). Κάθε γραμμή είναι ενωμένη σε όλο της το μήκος· σε μερικά μεγάλα breadboard κόβεται στη μέση, και τότε τη γεφυρώνεις με ένα καλώδιο.

Ενωμένες ή όχι;

Τυπικό breadboard: στήλες με αριθμούς, σειρές a–j, κανάλι ανάμεσα στο e και στο f. Για κάθε ζευγάρι τρυπών, αποφάσισε αν ενώνονται από κάτω.

Ενώνονται;

a5 και e5

ΕνωμένεςΌχι ενωμένες

0 / 8

Εξαρτήματα που «αισθάνονται»

Μερικές αντιστάσεις αλλάζουν τιμή μόνες τους, ανάλογα με τον κόσμο γύρω τους. Είναι οι πρώτοι αισθητήρες που θα συναντήσεις, και τα κομμάτια με τα οποία ένα κύκλωμα αρχίζει να αντιδρά:

• Φωτοαντίσταση (LDR): όσο περισσότερο φως πέφτει πάνω της, τόσο μικραίνει η αντίστασή της. Στο σκοτάδι μπορεί να φτάσει εκατοντάδες kΩ, στο φως λίγα kΩ ή και λιγότερο.
• Θερμίστορ NTC: όσο ανεβαίνει η θερμοκρασία, τόσο μικραίνει η αντίστασή του.
• Ποτενσιόμετρο: αλλάζει αντίσταση όταν το γυρίζεις εσύ. Είναι το κουμπί της έντασης σε ένα παλιό ραδιόφωνο.

Με αυτά, ένα LED μπορεί να ανάβει μόνο του όταν σκοτεινιάζει. Το πώς ένα κύκλωμα παίρνει μια τέτοια απόφαση είναι το επόμενο μάθημα: ο αυτοματισμός.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση