Brick´R´Knowledge Basic Set Operation Manual [cs]

Stavebnice Basic Set

Obj. č.: 141 73 98

Vážení zákazníci,

Děkujeme Vám za Vaši důvěru a za nákup stavebnice Brick 'R' knowledge Basic Set.
Tento návod představuje jen začátek! Připojte se k naší otevřené komunitě na stránkách
www.brickrknowledge.de, kde můžete jednak představit vlastní sestavené obvody a také najít užitečné
rady a tipy. Kromě toho zde zveřejňujeme nejnovější videa, obvody, komponenty stavebnice a mnoho
dalšího.

Budoucí generace obvodů závisí jen na vás! Budeme potěšeni, když nám pošlete jakékoli korekce,
přání a rady, které nám pomůžou zlepšit kvalitu tohoto narychlo přeloženého návodu, abyste byli mezi
prvními, kteří uvedou stavebnici do života.

Bezpečnostní pokyny

Pozor, nikdy

Mohlo by to vést k smrtelnému úrazu!
K napájení používejte výhradně 9 V baterie. Stavebnice pracuje

s napětím 9 V a proudem 1 Ampér, takže nepředstavuje nebezpečí
ohrožení života.

Dávejte pozor, aby se výstupy proudu nedostaly do kontaktu se žádnými
dráty. Mohlo by to způsobit zásah elektrického proudu nebo jiné
ohrožené zdraví.

Nikdy se nedívejte přímo do světla LED, protože hrozí nebezpečí poškození sítnice.
Stavebnice obsahuje dva LED bloky: Každý z nich má spotřebu 2 mA, jeden svítí zeleně a druhý žlutě.

Nikdy nepřipojujte polarizovaný kondenzátor kladným pólem přímo nebo nepřímo k zápornému pólu
bloku, který představuje zdroj napájení. Blok by se tím mohl zničit a mohlo by to vést k nebezpečí
výbuchu.

Předtím než připojíte polarizovaný kondenzátor k obvodu, vždy zkontrolujte polaritu.
Po dokončení práce se stavebnicí vždy odpojte blok zdroje napájení. V opačném případě hrozí

nebezpečí vzniku požáru.
Děti do 8 let by měly používat stavebnici Brick 'R' Knowledge jen pod dohledem dospělé osoby.

Jednotlivé bloky stavebnice se nesmí dávat úst, aby nedošlo k jejich spolknutí.
V takovém případě vyhledejte okamžitě lékařskou pomoc!

Nejnovější informace ke všem dostupným komponentům a příklady obvodů najdete na
www.brickrknowledge.de, kde si můžete jednotlivé bloky také přímo objednat

1. Úvod

Stavebnice Brick 'R' Knowledge měla premiéru na veletrhu tvůrců a kutilů Maker Fair v roce 2014
ve Fridrichshafenu. Zvláštností této elektronické stavebnice je to, že všechny její bloky mají
univerzální připojení, takže i složité obvody se dají snadno pochopit. Navíc je můžete připojovat také
v různém úhlu. Pro návrat 0 voltů (uzemnění) se používají dva kontakty.
Umožňuje se tak vytváření kompaktních obvodů, které lze snadno zadokumentovat a používat
k vysvětlení a pochopení elektrických obvodů.

nepřipojujte jednotlivé díly přímo ke zdroji napětí 230 V!

Představení prvků

Pro pochopení toho jak fungují jednotlivé bloky, musíme vysvětlit tři základní kritéria z teorie elektřiny.
Zaprvé se jedná o elektrické napětí (jednotka Volt „V“ a německý symbol „U“), které popisuje sílu

elektrického pole s nábojem, který je dostatečně silný, aby vedl k řízenému pohybu.
Jednotka nese název po slavném italském fyzikovi Alexandru Voltovi, který žil v letech 1745 až 1827.

Elektrický proud (jednotka ampér „A“ a německý symbol „I“) popisuje množství elektrické náboje,
které projde za určitý čas průřezem například elektrického vodiče. Jednotka je pojmenována podle
slavného francouzského fyzika André Marie Ampérovi, který žil v letech 1775 až 1836.

Elektrický náboj neboli množství elektřiny (jednotka Coulomb „C“ a německý symbol „Q“) je základní
fyzikální veličinou. Pokud se náboje pohybují elektrickým vodičem, mluvíme o toku proudu.
Jednotka je pojmenována podle slavného francouzského fyzika Charlese Coulomba, který žil v letech
1736 až 1806.

Elektrický odpor (jednotka Ω (ohm), symbol „R“) je nejjednodušším a nejčastěji používaným prvkem
fyziky. Omezuje tok proudu v sériovém obvodu a rozděluje napětí v paralelním obvodu.
Pokud se do elektrického obvodu vloží odpor, protéká obvodem v závislosti na napětí proud, který
dovoluje jeho odporová hodnota. Jednotka je pojmenována podle slavného německého fyzika Georga
Simona Ohma, který žil v letech 1789 až 1854.

Dalším používaným elektrickým odporem je fotorezistor. Jeho hodnota odporu se snižuje se zvyšující
se intenzitou světla a naopak v tmavém prostředí hodnota odporu roste.
Jedná se o polovodičový komponent, který umožňuje tok proudu jen za určitých podmínek.
Jeho atributy se zakládají na fotoelektrickém jevu, za který byla Albertu Einsteinovi udělena v roce
1921 Nobelova cena za fyziku. Jev byl objeven jinými badateli už v roce 1887.

Dalším polovodičovým prvkem, který umožňuje tok proudu jen za určitých okolností, je dioda.
Zdroj napětí se musí připojovat k diodě se správnou polaritou ve směru technického toku proudu.
Základní sada stavebnice obsahuje speciální diodu – LED. Takové chování polovodičů se často
využívá v různých technologiích. Jev byl objeven v r. 1874 a od r. 1925 se využívá v průmyslu.

Kondenzátor je speciální elektronickou součástkou pro uchování elektrické energie ve formě náboje
(Coulomb) až napětí (Volty). Kondenzátor lze nabít elektrickou energií a jeho základní vlastností je tak
kapacita „C“. Jednotkou kapacity je Farad, pojmenovaný podle slavného anglického fyzika Michaela
Faradaye, který žil v letech 1791 až 1867. I když se kondenzátor obvykle popisuje jako dvě proti sobě
stojící desky, může mít také tvar válce. Chování kondenzátoru bylo poprvé demonstrováno nezávisle
na sobě v letech 1745 a 1746. Na vývoj kondenzátoru do jeho dnešní podoby a významu měl velký
vliv také A. Volta.

Tranzistor je polovodičová součástka, která za už známých podmínek nevede proud.
Musí se správně zapojit do obvodu, stejně jako dioda a za další podmínky propustí proud.
Tranzistor aktivně zasahuje do řízení obvodu a kontroluje tok proudu. Tento princip byl objeven v roce
1925, ale název tranzistor se datuje od r. 1948. V masovém měřítku se začal používat v 60-tých letech
a dnes například procesor moderního domácího počítače obsahuje přibližně 1,9 mld. tranzistorů.

Bloky

Baterie /
zdroj
napájení

Uzemnění
(3x)

T-blok
(3x)

Roh (2x)

Kontakt

Zelená
LED 2 mA

Žlutá LED
2 mA

Odpor
10 kΩ

Odpor
100 kΩ

Blok baterie napájí obvod elektrickým proudem
pomocí AC adaptéru. Dodávané napětí je 9 voltů
(9 V). Baterii připojujte, až k dokončenému obvodu,
protože jinak hrozí zkrat.

Jedná se o velmi významný prvek, který zajišťuje
v složitějších obvodech uzavřenost obvodu a bez
něj by bylo mnohem složitější tvořit komplexní
obvody. Propojuje dva středové kontakty s vnějšími
kontakty, které slouží k uzavření obvodu.
Referenční napětí země má v elektronice nulovou
hodnotu (0 V).

Nabízí možnost dalšího větvení.
Uzemnění se připojuje přes vnější kontakty.

Rohovým blokem můžete propojit dva bloky v úhlu
90°.

Tyto tři kontakty se hodí k jednoduché a rychlé
instalaci dalších prvků, které nejsou součástí této
základní sady.

Naše základní sada obsahuje bloky LED v zelené
a žluté barvě. Barvy jsou viditelné, jen když diodou
proudí elektrický proud. Proud musí mít hodnotu
alespoň 2 mA.
LED je chráněna rezistorem 1 kΩ, aby se nezničila
elektrickým napětím 9 V. Bez rezistoru má LED
provozní napětí 1,6 až 2,5 V. Důležitá je správná
polarita, protože jinak se LED nerozsvítí.
Šipka na LED modulu musí být shodná se směrem
obvodu, např. od „plus“ (+) k „mínus“ (-).

Tento blok představuje elektrický rezistor s odporem
10 000 Ohm (10 kΩ). Rezistory se používají
v elektrických obvodech k regulaci proudu a napětí.
Čím větší je odpor, tím hůře vede proud. Odpor je
měřítkem toku proudu ve vztahu k napětí. 1 Ohm
odpovídá proudu 1 Ampér při napětí 1 V (10 kΩ
odpovídá 0,0001 A (100 µA) s napětím 1 V).

Tento blok je elektrický rezistor s hodnotou
100 000Ω, neboli 100 kΩ, která odpovídá proudu
10 mikro ampérů (10 µA) při napětí 1 V.

LDR 03 LDR je fotorezistor. Proud je ovlivněn intenzitou

Kondenzátor
10 µF

Kondenzátor
100 µF

Potenciometr
10 kΩ

Tranzistor
Npn BC817

Krátký nástin elektrických obvodů

V níže uvedeném příkladu (viz 3. 2.) používáme k popisu činnosti elektrického proudu termín „dělník“.
Níže uvedené řádky vám podrobněji vysvětlí elektrický obvod a tyto „dělníky“. Pojmem „dělníci“
označujeme elektrony, které se volně pohybují v kovech. Je to velmi důležité, protože elektrony
přinášejí energii poskytovanou zdrojem napětí na místo, kde vykonávají svoji práci.

Jako technický směr se označuje směr od kladného pólu (anody) k zápornému pólu (katodě).
Označuje se také pojmem dohodnutý směr proudu, který popisoval strukturu nejmenších neviditelných
částic v době, kdy atomy nebyly ještě příliš známé. Dnes už víme, že skutečný směr toku proudu
je opačný, tj. od záporného ke kladnému pólu. Princip toku proudu je však správný.

Slova anoda a katoda pocházejí z řečtiny, kde mají význam stoupající a klesající (dráha slunce po
obloze). Na základě pozorování badatelé před 230 lety došli k závěru, že nabité nosiče se pohybují
přímo k jedné elektrodě a jsou odpuzované druhou elektrodou. Cílovou elektrodu nazvali anodou
a startovací elektrodu katodou.
Protože všichni naši „dělníci“ jsou nabití záporným nábojem, pohybují se v obvodu od katody k anodě.
Skutečný směr proudu v kovech je opačný než technický (dohodnutý) směr, tj. od anody ke katodě.
Výraz „záporní dělníci“ neznamená, že dělají něco špatně, ale jen že se chovají opačně ve vztahu
k něčemu přesně stanovenému. Nyní přejděme k našemu obvodu. První pravidlo zní: Obvod musí být
vždy uzavřený, aby se umožnilo nasměrování pohybu dělníků.

světla, které na součástku dopadá.
Na světle je odpor 100 Ω a ve tmě se změní na
několik tisíc ohmů. Hodnota se mění nepřetržitě.

Naše sada obsahuje kondenzátor s kapacitou
10 µF. Může uchovávat a velmi rychle uvolňovat
elektrickou energii, stejně jako gumová páska
mechanickou energii. Hodnota 1 farad znamená,
že napětí 1 V se dosáhne, když se nabíjí
1 sekundu proudem 1 A. Kondenzátory mají
obvykle velmi nízkou kapacitu a napětí nesmí
přesáhnout 25 V.
Naše sada obsahuje elektrolytický kondenzátor
s kapacitou 100 µF, který se smí používat jen
do napětí 25 V. Kondenzátor vyčnívá z bloku.
Polarizovaný kondenzátor se smí připojit jen
přímo, nebo nepřímo ke kladnému portu (+)
zdroje napájení (9 V).

Potenciometr představuje manuálně
regulovatelný rezistor. Mění se zde délka třetího
(kluzného) kontaktu a tím se mění velikost
elektrického odporu. Hodnota odporu se mění
v rozsahu od 0 do 10 kΩ. Nedovolte, aby došlo
ke zkratu a nikdy nepřipojujte kluzný kontakt
přímo k bloku zdroje napájení.
Když se přímo mezi bázi (B) a emitor (E),
nebo mezi kolektor (C) a emitor (E) připojí napětí
bez rezistoru, může dojít ke zničení tranzistoru!
Tranzistory jsou elektronické přepínače, které se
však na rozdíl od manuálně ovládaných vypínačů
světla, ovládají tokem proudu na portu B.
Sepnutý proud teče pak mezi kontakty C a E.
Proud, který teče z C do E nesmí přesáhnout
0,8 ampérů, aby nedošlo ke zničení zařízení.

V přírodních vědách zejména ve fyzice se používá pojem příčinné souvislosti neboli kauzality, která
vyjadřuje vztah mezi příčinou a jejím následkem. Vychází z toho, že k nějaké události dojde, jen
pokud existuje příčina. Příčina a následek jsou kromě toho navzájem propojené zprostředkováním.
Přesná souslednost je: Nejdříve příčina, poté zprostředkování a nakonec následek.
Ve vztahu k našemu obvodu to znamená následující: Napětí na zdroji napětí je příčinou toho, že
„dělníci“ jsou zprostředkovatelem a příklad přeměny energie, LED, je následkem. Pokud je obvod
přerušený, elektrický proud, tj. naši „dělníci“ se nemůžou dostat na stranu následku. Elektrické napětí
bychom chtěli vysvětlit na následujícím příkladu: Natáhněte gumovou pásku mezi levou a pravou
rukou. Čím více doleva, nebo doprava ruce od sebe vzdalujete, tím větší bude zpětný tlak pásky.
Gumová páska je pod tlakem a chce se znovu uvolnit. „Dělníky“ v našem zdroji napětí jsme vzali
z jejich domovů do energeticky výhodnějšího stavu a snaží se dostat zpět domů. Čím silnější dělníky
jsme oddělili od domova, tím větší je tlak na návrat do původního stavu. Říkáme tomu separace
nábojů.
Reciproční sílu působící mezi dvěma konci gumové pásky, můžeme považovat za potencionální
rozdíl. Působí zpětně z elektrického napětí. „Dělníci“ se převedou zpět do vybitého stavu v uzavřeném
obvodu, a aby k tomu mohlo dojít, uvolní svoji energie na LED. Naši „dělníci“ jsou velmi pilní a nemají
nám za zlé, že jsme oddělili od jejich domovů. Protože jsou to ve skutečnosti elektrony, malé částice,
které nemají žádné povědomí a chovají se přesně tak, jak chceme, až dokud obvod nepřerušíme nebo
nezkratujeme.

Rozsvícení LED

První konstrukce obvodu se bude skládat ze dvou komponentů: bloku napětí a bloku LED
s elektrickým odporem (kromě toho ještě 2 rožní bloky a 2 bloky typu T).
Blok zdroje napájení je označen dlouhou tenkou čárou (+), krátkou tlustou čárou (-) a označením „9V“.
Zdroj napětí má dva póly, záporný pól (krátká tlustá čára) posílá „dělníky“ na připojené bloky.
Po dokončení práce se dělníci odešlou na kladný pól.
Označení „9V“ ukazuje, kolik dělníků má tuto činnost provést. „V“ (volt) je elektrické napětí a také
vlastností našeho zdroje napětí. Tento zdroj napětí tak odešle naše „dělníky“ s devíti volty na cestu.
Naši „dělníci“ jsou elektrony a formují se funkcí odporu (R), napětí (V) a proudu (A).

Blok LED je místem, kde dělníci vykonají svoji práci, tj. vytvoří světlo. LED představuje diodu emitující
světlo. (Poznámka: Ne každý zdroj světla je diodou a ne každá dioda je zdrojem světla).
Znamená to, že naši „dělníci“ dokážou odvést svoji práci, jen když je kladný pól zdroje napětí připojen
ke konci, na který ukazuje šipka LED. Pokud se ke kladnému pólu zdroje napětí připojí „horní“ konec
šipky, naši dělníci se zablokují – to je důvodem, proč má šipka před ostrou špičkou box.
Rezistor na bloku LED snižuje počet dělníků, protože velký počet dělníků by zakrátko zničil celou LED.
Říkáme mu také sériový rezistor.

Při sestavování obvodu pamatujte na to, že naši „dělníci mají problém s pohybem v jiných materiálech,
jako je plast, keramika, sklo a vzduch. Na druhé straně se však dobře pohybují v kovech, jako je
železo, měď nebo zlato. Aby bylo možné přivést naše „dělníky“ na pracoviště a po dokončení práce je
poslat zpět, obvod musí být uzavřený. Počátečním a současně koncovým bodem je blok zdroje napětí.
Pro vytvoření tzv. obvodu budete potřebovat dva rožní a T bloky. Při připojování bloků dejte pozor na
bezpečné připojení konektorů. V dalších částech návodu už budeme namísto pojmu „dělníci“ používat
pojem „tok proudu“, protože celkově lépe vyjadřuje chování našich „dělníků“.

Otevřený obvod

Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, 2 x rožní blok, 2 x blok T

Druhá konstrukce obvodu se bude skládat ze dvou komponentů: bloku napětí a bloku LED
s elektrickým odporem (kromě toho ještě 2 bloky rožní a 2 bloky typu T).

V tomto experimentu vložíme LED do obvodu v obráceném směru a LED se nerozsvítí. Je velmi
důležité pochopit způsob fungování LED. LED se rozsvítí, jen když je vložena v propustném směru,
na který ukazuje šipka symbolu obvodu na LED. Aby se umožnil správný tok, šipka musí směrovat
od kladného potenciálu (plus) k zápornému potenciálu (mínus) a pak se rozsvítí. Základně šipky se
říká anoda a horní části katoda. Box na katodě ukazuje, že když se sem připojí kladný potenciál zdroje
napětí, proud nemůže téct správně.

V tomto případě LED funguje jako každá jiná dioda. Lze ji přirovnat ke dveřím, které se otvírají pouze
jedním směrem, a do kterých lze vstoupit jen ze stejného směru.

Zde vidíte příklad správného připojení. Konektor je tvořen malými kolíčky, které jsou vodivé
a mechanicky se propojí. Aby se zajistila izolace mezi kontakty a zabránilo se zkratu, je mezi
nimi plastový můstek, který je nevodivý.
Při skládání modulů se musí zajistit, abyste kontakty připojili správně, protože jinak to může vést
k přerušení obvodu nebo i ke zkratu!

LED se nerozsvítí!!!

Uzemnění a připojování

Základním blokem naší základní sady stavebnice je zemnící blok, který snižuje počet připojení.
To je tajemství našich čtyřpólových konektorů. Oba střední kontakty slouží pro přenos signálu,
jak vypovídá potisk na bloku. Zemnící blok transformuje toto připojení na 0 V. Elektronické obvody
se tvoří tak, že všechny komponenty ve více, nebo méně složitých obvodech mají připojení k „zemi“.
Umožňuje se tak snímání obvodu. Náš zemnící blok propojuje dva prostřední kontakty se dvěma
vnějšími kontakty. Nezpůsobuje to zkrat, protože proud teče přes komponenty uvnitř bloku.

Při připojování bloků dejte pozor, abyste kontakty umístili správně, protože jinak to může vést
k přerušení obvodu nebo i ke zkratu!

Na níže uvedeném obrázku vidíte příklad špatného připojení. Mezi kontakty je mezera, která brání
bezpečnému toku proudu. Obvod zůstává „otevřený“ nebo bude nestabilní a nebude fungovat.