www.conrad.pl INSTRUKCJA OBSŁUGI Zestaw do nauki - elektronika Basic Conrad 3964 Podstawowy pakiet do nauki elektroniki. Nr produktu 192296 Strona 1 z 29 Dystrybucja Conrad Electronic Sp. z o.o., ul. Kniaźnina 12, 31-637 Kraków, Polska Copyright © Conrad Electronic 2012, Kopiowanie, rozpowszechnianie, zmiany bez zgody zabronione. www.conrad.
www.conrad.pl Zrozumienie i wykorzystanie elektroniki. 1. Krok: Wprowadzenie......................................................................................................................3 Laboratoryjna płytka obwodu drukowanego........................................................................4 Bateria...................................................................................................................................5 Diody emitujące światło.......................................
www.conrad.pl 1. Krok: Wprowadzenie Od czasów kiedy został wynaleziony tranzystor, wszelkie sprawy związane z elektroniką bardzo się rozwinęły. Dzisiaj jesteśmy już otoczeni przez urządzenia, których zintegrowane układy zawierają wiele milionów tranzystorów. Ale równocześnie wiemy coraz mniej na temat tego jak taki pojedynczy tranzystor rzeczywiście działa. Różnica między stopniem użycia sprzętów elektronicznych i zrozumieniem działania elektroniki stale rośnie.
www.conrad.pl Laboratoryjna płytka obwodu drukowanego Wszystkie doświadczenia są ustawiane na laboratoryjnej płytce doświadczalnej. Taka tablica programowalna z łącznie 270 stykami w siatce 2,54 mm zapewnia bezpieczne połączenie poszczególnych komponentów. Rys. 1: Laboratoryjna płytka obwodu drukowanego Tablica programowalna ma 230 styków w obszarze środkowym, które są połączone elektrycznie za pomocą pionowych pasków z pięciu styków.
www.conrad.pl Bateria Poniższy rysunek poglądowy pokazuje komponenty, tak jak naprawdę wyglądają oraz schematyczne symbole, które są one stosowane w diagramach obwodów. Na przykład zasilacz plug-in, może też być wykorzystany zamiast baterii. Nie należy używać baterii alkalicznych lub akumulatorków, ale tylko proste klasyczne baterie cynkowo-węglowe.
www.conrad.pl Diody elektroluminescencyjne Zestaw edukacyjny zawiera dwie czerwone diody LED oraz jedną zieloną i jedną żółtą diodę. We wszystkich diodach LED, polaryzacja musi być zawsze adekwatna. Dioda LED posiada dwa przewody połączeniowe o różnych długościach. Dłuższy jest biegunem dodatnim. Nazywa się anoda. Biegun ujemny czyli katoda, ma krótszy przewód.
www.conrad.pl Najczęściej spotykanym sposobem oznaczania oporników jest stosowanie kodu barwnego. Jest to najprostszy sposób umieszczenia niezbędnych parametrów na małej powierzchni. Poszczególne kolory oznaczają cyfry zgodnie z przedstawioną tabelką. Na oporniku spotykamy zwykle 4 paski. W tym systemie znakowania dwa pierwsze oznaczają wartość rezystancji, a trzeci mnożnik przez który należy pomnożyć te dwie pierwsze liczby. Czwarty pasek to dopuszczalna tolerancja.
www.conrad.pl Rys. 7: NPN Tranzystor BC547 Tranzystory PNP Tranzystor PNP BC557B posiada taką samą sekwencję końcową i różni się od tranzystora NPN tylko w polaryzacji. W schemacie emiter wskazuje symbol strzałki do wewnątrz. Rys. 8: PNP Tranzystor BC557 MOSFET Nawet tranzystor polowy (MOSFET) BS170 z zewnątrz nie różni się właściwie od tranzystora bipolarnego. Można tylko go zidentyfikować po nadruku nadrukiem. Zaciski tranzystora są nazywane źródłem (S), bramy (G) i dren (D).
www.conrad.pl Kondensatory Kondensatory są ważnym elementem w elektronice. Kondensator to element konstrukcyjny urządzeń elektrycznych i elektronicznych, służący do gromadzenia ładunku elektrycznego oraz energii elektrycznej. Kondensator płaski złożony jest z dwóch równoległych płytek metalowych nazywanych okładkami. Okładki kondensatora znajdują się w niewielkiej odległości od siebie i są oddzielone warstwą izolatora. Izolatorem może być np. powietrze, próżnia, szkło, mika, papier, plastik.
www.conrad.pl 2. Krok: Prąd Układ na rysunku nr. 12 przedstawia podstawowe działanie tranzystora NPN. Istnieją dwa obwody. Mały prąd bazowy płynie w obwodzie sterowania; większy prąd kolektora płynie w obwodzie obciążenia. Oba prądy wspólnie przepływają przez emiter. Ponieważ emiter jest wspólnym punktem odniesienia obwodu, obwód ten jest nazywany również obwodem emitera. Gdy obwód bazowy jest otwarty, nie więcej prądu obciążenia płynie. Obecna podstawa jest znacznie mniejsza niż prąd kolektora.
www.conrad.pl Rys 13: Przyrost prądu Diody LED służą do wskazywania prądów. Czerwona dioda świeci jasno, zielona ledwo świeci. Tylko w całkowicie zaciemnionym pomieszczeniu prąd bazowy może być postrzegane jako słabe świecenie zielonej diody LED. Różnica wynika z dużego przyrostu prądu. 3. Krok: Odwrócona polaryzacja Tranzystor PNP ma dokładnie taką samą funkcję jak tranzystor NPN, ale z odwróconą polaryzacją. Nadajnik jest więc teraz przy dodatnim biegunem baterii.
www.conrad.pl Rys. 15: Badanie przyrostu prądu z BC557 4. Krok: Dalsza kontrola Celem tego układu jest zrobienie oświetlenia LED z efektem automatycznej poświaty. Oświetlenie wnętrza samochodów często działa według tej zasady: po wyjściu z samochodu, światło nadal świeci przez pewien czas, a następnie powoli gaśnie. Jeśli trzymasz kondensator elektrolityczny przy właściwej polaryzacji podłączony do akumulatora, to wtedy zabiera ładunek elektryczny.
www.conrad.pl Czas rozładowania jest istotnie przedłużony przez duży rezystor bazowy. Po około dwóch sekundach kondensator elektrolityczny jest już w większości rozładowany. Ale po tym czasie, prąd bazowy jeszcze wystarcza na niewielką modulację tranzystora. Prąd kolektora zmniejsza tylko stopniowo. Rys. 17: Efekt poświaty Dioda świeci z pełną jasnością, jak długo, jak wciśnięty klawisz wyłącznika. Ale krótkie naciśnięcie włącznika wystarcza aby włączyć diodę LED.
www.conrad.pl Jeśli założysz współczynnik wzmocnienia 300 dla każdego z tranzystorów, Układ Darlingtona ma wzmocnienie 90000. Teraz rezystor bazowy 10 MΩ już prowadzi w wystarczającym stopniu, aby włączyć diodę LED. W realnym eksperymencie, możesz skorzystać z kontaktu fizycznego zamiast bardzo wysokoomowego rezystora. Ze względu na duże wzmocnienie lekki dotyk suchym palcem powinien być wystarczający.
www.conrad.pl Rys 21: Wzmacniacz czujnika pola elektrycznego Do pierwszego testu obwodu, długi na około 10 centymetrów przewód czujnika będzie odpowiedni. Po jakimś ruchu na izolowanej podłoże zazwyczaj zbierasz ze sobą pewien ładunek elektryczny. Następnie przesuń ręką w pobliżu przewodu czujnika. Jasność diody LED się zmieni. Aby zwiększyć czułość obwodu możesz podłączyć dłuższy drucik. To może być pozbawiony izolacji drut albo kabelek z izolacją.
www.conrad.pl W praktycznym eksperymencie, prawa dioda jest już wyraźnie włączone w normalnym świetle otoczenia. Rzucanie cienia na czujnik LED staje się widoczna w jasności wskazań diody LED. Rys. 23: Czujnik światła LED 8. Krok: Stała jasność Czasami potrzebny jest prąd stały, który jest zupełnie niezależny od jakichkolwiek wahań napięcia, na tyle na ile to możliwe. Dioda LED będzie tutaj świecić w ten sposób z tą samą jasnością, nawet jeśli bateria straciła część swojej napięcia.
www.conrad.pl Rys. 25: Stabilizowanie jasności diody LED Możesz sprawdzić i porównać rezultaty z nową baterią oraz z baterią mocno używaną. Dopóki pewne napięcie szczątkowe jest obecne, dioda pozostaje prawie tak samo jasna. Z tylko jedną diodą LED, napięcie baterii może być niższe niż z dwoma diodami LED. W tym ostatnim przypadku co najmniej 6 V musi być ciągle obecne w układzie. 9. Krok: Czujnik temperatury Układ ten pokazuje różnice temperatur poprzez jasności diody LED.
www.conrad.pl Rys. 27: Tranzystor jako czujnik temperatury Układ ten nadaje się do użytku jako czujnik wrażliwy na temperaturę. Dotknij jednego z tranzystorów palcem. Ogrzewanie, które pojawia się zmienia prąd wyjściowy i staje się widoczne jako zmiana jasności diody. W zależności od tego, który z tych dwóch tranzystorów będzie dotykany, można nieco zwiększać lub zmniejszać jasność odpowiednich diod.
www.conrad.pl Obwód przerzuca się do jednego z dwóch możliwych stanów. Jeśli prawy tranzystor przewodzi, lewy jest zablokowany i na odwrót. Przewodzący tranzystor ma niskie napięcie kolektora, a zatem wyłącza prąd bazowy drugiego tranzystora. Z tego powodu, gdy raz wprowadzony stan przełączania pozostaje stabilny aż zostanie zmieniony przez jeden z przełączników. Rys. 29: Flip-Flop Włącz napięcie robocze. Odkryjesz, że jedna z dwóch diod LED świeci.
www.conrad.pl Rys. 30: Prowadzenie i blokowanie Poprzez krótkie połączenie S1, uruchamiasz obwód tak, że dioda LED świeci. Za pomocą S2 przeciwnie - stan przewodzący może być usunięty. S3 włącza diodę LED, ale jednocześnie usuwa przewodzący stan tranzystorów. Po otwarciu S3 LED jest zatem wyłączony. Rys. 31: Włączony lub wyłączony 12.
www.conrad.pl Rys. 33: Powolny naprzemienny migacz 13. Krok : Prosty migacz LED Migacz w pojeździe silnikowym zwykle aktywuje tylko jedno światło. Inny przerzutnik jest ustawiony tutaj automatycznie by przełączać tam i z powrotem. Układ wymaga tylko jednego kondensatora. Dwa tranzystory w obwodzie tworzą wzmacniacz. Sprzężenie zwrotne od wyjścia do wejścia przechodzi przez kondensator, który ładuje się i rozładowuje wielokrotnie. Układ ten tworzy regularne krótkie błyski światła.
www.conrad.pl Rys. 37: LED migające światło 14. Krok: migające światło LED Układ ten powoduje regularne krótkie błyski światła. Tak długo, jak kondensator wciąż naładowany, wszystkie trzy tranzystory pozostają zablokowane. Napięcie na bazie tranzystora środkowego powoli zwiększa się . Przy około 0,6 V, tranzystor zaczyna przewodzić i dostarczać prąd bazowy dla tranzystora PNP. Wzrasta napięcie kolektora i włącza się dioda LED.
www.conrad.pl 15. Krok : czujnik dotykowy MOSFET Układ ten z MOSFET BS170 (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) sterowany jest za pomocą diody LED przez dwie pary styków, które można bezpośrednio łączyć lub dotykać za pomocą palców. Po krótkim połączeniu styków odpowiedni stan jest przechowywany przez dłuższy okres czasu. Tranzystor NPN został przedstawiony w pierwszym doświadczeniu w prostym obwodzie podstawowym. Prąd źródłowy musi płynąć aby przepływ prądu w kolektorze był możliwy.
www.conrad.pl Rys. 39: Ładowanie i rozładowywanie bramki 16. Krok: Czujnik ściemniania Z dodatkowym kondensatorem między bramą a drenem, stany pośrednie między "całkowicie włączonym" i "całkowicie wyłączonym" są również zachowane. Jeśli napięcie na bramce spadnie to prąd na odpływie będzie mniejszy, a napięcie spadnie też na diodach LED i rezystorem. Dlatego napięcie odpływu wzrasta. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy kondensator jest naładowany.
www.conrad.pl 17. Krok: Elektrometr Elektrometr jest to urządzenie pomiarowe do wykrywania małych ładunków elektrycznych. Elektrycznie naładowane obiekty lub osoby mają wokół siebie pole elektryczne, które może naładować izolowane obiekty w okolicy dzięki indukcji elektrostatycznej. Odnosi się to także do izolowanej bramy BS170. Izolowany przewód jest połączony na wejściu obwodu. Ładunki elektryczne w okolicy wpływają na jasność diody LED.
www.conrad.pl 18. Krok: Diody LED jako ogniwa fotowoltaiczne Eksperyment ten pokazuje inny sposób, aby stworzyć prosty czujnik światła. Tym razem należy użyć BS170. Dwie diody LED będą tu służyć jako czujniki światła. W rozdziale 16 diodę LED zastosowano jako czujnik światła z dwoma tranzystorami NPN w Układzie Darlingtona. Dzięki niemal nieskończenie dużej rezystancji wejściowej, sam pojedynczy MOSFET wykonuje to zadanie samodzielnie. Ale teraz potrzeba dwóch diod LED jako czujników światła.
www.conrad.pl 19. Kondensator jako czujnik temperatury Ceramiczny kondensator 100 nF może być używany jako czujnik temperatury. Taki kondensator ma dużą współczynnik temperaturowy. Wydajność zmniejsza się przy ogrzewaniu. W tym doświadczeniu, przełącznik musi być początkowo zamknięty, a następnie otwarty ponownie. Napięcie bramki automatycznie dostosowuje się do napięcia progowego w przybliżeniu 2 V - Dioda LED świeci. Teraz mamy napięcie około 7 V w kondensatorze 100 nF .
www.conrad.pl 20. Krok: Minutowe światło Światło załącza się po włączeniu, a następnie pozostaje zapalone na około minutę. Przejście między zapaleniem, a wygaszeniem jest płynne ale stosunkowo szybkie. Kondensator elektrolityczny jest ładowany do 9 V. Następuje rozładowanie przez rezystor 470 kΩ. Dopóki napięcie bramki jest większe niż ok 2.6 V, FET przewodzi i dostarcza prąd bazowy dla tranzystora NPN i włącza się dioda LED. Jeśli napięcie wejściowe spadnie, FET przewodzi stopniowo coraz słabiej.
www.conrad.pl 21. Krok: Płynnie przechodzące światło Migacz LED z płynnym efektem przyciemniania i rozjaśniania może, gdy się go zastosuje z odpowiednią częstotliwością, pomóc obserwatorowi się zrelaksować. Jasność nadchodzi z falą sinusową. Układ ten aktywuje dwie diody LED w przeciwnej fazie. Światło zmienia się ciągle w ten sposób płynne przejścia między czerwonym i zielonym. ZIELONY CZERWONY Rys.
