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.
Je velmi důležité zkontrolovat, zda kolíky navzájem sedí, protože pokud je mezi nimi velká mezera,
může dojít ke zkratu. Proud pak neteče požadovaným směrem, ale hledá (nejbližší) cestu s nejnižším
odporem zpět ke zdroji napětí. Zkrat má za následek maximální tok proudu, protože jediným odporem,
který musí proud překonat, je vnitřní odpor zdroje napětí. Tento odpor je samozřejmě velmi malý
a zkratový proud tak může vést k přehřívání a způsobit požár!
Důležité: Vždy zkontrolujte správnou polohu kontaktů!
Jednoduchý obvod s blokem uzemnění
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, 2 x blok uzemnění
Bloky s uzemněním dovolují přehlednější sestavu experimentu, protože namísto 6 bloků, budete
v obvodu potřebovat jen 4 bloky. Skutečně se jedná o zavřený obvod, i když se zdá, že přípojky bloků
uzemnění nikde nekončí. Bloky s uzemněním zajišťují propojení mezi konci. Dochází k tomu
připojením obou vnitřních kontaktů na vnější kontakty. Každý expert zná symbol zemnícího prvku a ví,
že proud se vrací a obvod je uzavřený.
Symbol uzemnění se používá i v profesionálních aplikacích, aby šetřil čas a umožnil lepší přehled
složitých schémat.
Tok zemnícího připojení:
Paralelní obvod se dvěma bloky LED
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, blok se žlutou LED,
3 x blok uzemnění, 2 x rožní blok, T blok
Naše základní sada obsahuje 2 bloky LED, jeden zelený a jeden žlutý. V obvodu je můžete použít
současně. Obě LED svítí, jen když se bloky správně připojí, tj. s anodou připojenou ke kladnému
potenciálu zdroje napětí. V paralelním obvodu má proud vždy dvě nebo i více možností, jak najít cestu
z kladného k zápornému pólu. V našem příkladu se rozsvítí obě LED současně, protože proud teče
přes oba bloky LED v různých směrech.
Oba bloky s LED mají sériový rezistor 1 kΩ, protože zelená a žlutá LED vyžadují přibližně stejné
provozní napětí, které je 1,6 až 2,5 voltu. LED s různými barvami mají různá provozní napětí, a proto
jsou potřebné různé odpory. Například červená a modrá LED se kvůli různému odporu nerozsvítí
současně. Protože červená LED má nižší provozní napětí než modrá, měla by se rozsvítit jako první
a ztlumí se, když se rozsvítí modrá LED. Zdroj napětí se musí v paralelním obvodu permanentně
zvyšovat. LED mají poměrně nízké provozní napětí, takže je sotva možné je používat bez sériového
rezistoru. Pokud se omylem použije LED bez rezistoru, obvykle se porouchá.
Měření polarity
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, blok se žlutou LED,
3x blok uzemnění, 2x rožní blok, T blok
Když se obě LED sepnou antiparalelně, můžeme zjistit polaritu používané baterie (PSU).
Vždy se rozsvítí jen jedna ze dvou LED, bez ohledu na to, kterým směrem jste vložili moduly s baterií.
Sériový obvod se 2 LED
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, blok se žlutou LED,
2x blok uzemnění
Nyní jako příklad základního obvodu vytvoříme sériový obvod. Sériový obvod je vedle paralelního
obvodu druhým způsobem, jak umožnit tok proudu mezi dvěma nebo více elektrickými spotřebiči.
V tomto případě umístíme naše LED do obvodu jednu za druhou. Katoda zdroje napětí se připojí
k anodě diody, která vyzařuje žluté světlo.
Proud teče přes katodu žluté LED k anodě zelené LED. Přinutíme tak elektrický proud, aby tekl přes
oba bloky ještě předtím, než dosáhne k zápornému pólu zdroje napětí a uzavřel smyčku přes kladný
pól k žluté LED.
Odpor obou LED se sečte, zatímco tok proudu se sníží o 50%. Můžeme to vidět na záření světla,
které vydávají diody a jehož intenzita je nižší než v paralelním obvodu.
Rezistor
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, blok se žlutou LED,
2x blok uzemnění, blok rezistoru
Elektrický odpor snižuje tok elektrického proudu. Jedná se o základní vlastnost elektrických obvodů,
pomocí které můžeme řídit tok proudu nebo nastavit požadované napětí. Tato vlastnost se proto
vyžaduje od elektrických komponentů mnohem víc, než by se podle názvu mohlo zdát. Extrémními
příklady elektrických odporů můžou být izolátory a supravodiče. Izolátory mají ideálně nekonečný
odpor a supravodiče jsou zase bez odporu. Elektrický odpor se měří v ohmech (Ω). Pokud by byl
v obvodu ideální zdroj napětí bez odporu, tekoucí proud by byl nekonečně velký, což v praxi není
možné.
V každém obvodu, dokonce i v případě zkratu, se musí překonávat vnitřní odpor. Pokud přirovnáme
elektrický proud proudu vody, která teče v jednom místě trubky zúženým hrdlem, rychle pochopíme,
že když se průměr trubky zúží, množství vody se sníží. Pokud chceme, aby trubkou protékalo stejné
množství vody, musíme zvýšit tlak na vstupní straně. Tento tlak je ekvivalentem elektrického napětí,
proud vody je elektrickým proudem a třecí odpor vodovodní trubky je elektrickým odporem.
Zvyšováním tlaku vody se současně zvyšuje množství tekoucí vody.
Rozdíl tlaku vody na vstupu a výstupu naší vodovodní trubky je analogickým znázorněním poklesu
napětí v elektrickém odporu. Znamená to, že napětí (U), proud (I) a odpor (R) navzájem úzce souvisí.
Vztah mezi elektrickým proudem, napětím a odporem lze zapsat následujícím způsobem: (U = R x I).
Aby se dosáhnul tok proudu 0,9 A, musíme mít odpor 10 Ω a napětí 9 V. V našem obvodu jsou
rezistory mnohem větší a při stejném napětí bude tok proudu mnohem menší (při napětí 9 V bude
odpor 10 Ω k 10 000 Ω v stejném poměru jako 0,9 ampérů k 0,0009 ampérům).
S blokem žluté LED
Nebo ještě menší intenzita světla, když se ob LED moduly zapojí sériově:
Odpor se zvyšuje
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se zelenou LED, blok se žlutou LED,
2x blok uzemnění, blok rezistoru (100 kΩ)
Pomocí přiloženého rezistoru s odporem 100 kΩ snížíme ještě víc tok proudu.
Protože napětí 9V zůstává stejné, sníží se intenzita světla, které vyzařuje dioda.
Vzhledem k podobnému provoznímu napětí to bude platit i pro obvod se zelenou LED.
Z podílu napětí (9 V) a odporu 100 000 Ω získáme víc než pravděpodobný tok proudu.
Pokud nebereme do úvahy interní odpor zdroje a sériového rezistoru 1 000 Ω v LED, bude jeho
hodnota 0,00009 ampérů. Rostoucí počet desetinných míst je uváděn jako záporný vliv trojek.
0,009 = 9 mA (miliampérů); 0,00009 jako v našem příkladu = 90 µA (mikroampérů).
I když se tok proudu značně snížil, naše LED stále trochu svítí, což svědčí o vysoké kvalitě
dnešních LED.
Pokud zapojíte oba bloky LED sériově, intenzita světla zelené LED bude nyní nižší než dříve.
Tok proudu se dále snižuje, protože k celkovému odporu se přidá sériový odpor a náš zdroj napětí
zůstává na 9 V. Dostaneme tak celkový tok proudu (I).
ážá
vyjádřeno v číslech I =
,,
,
= 0,000074 A
S blokem zelené LED
Rezistor v sériovém obvodu
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 2 x blok uzemnění,
blok rezistoru (10 kΩ), blok potenciometru
Nyní zkusíme další experiment se sériovými obvody, abychom si ukázali účinky celkového odporu.
Budeme k tomu potřebovat odpor 10 kΩ. Už dříve jsme jeden blok s odporem 10 kΩ použili.
Sada stavebnice obsahuje ještě druhý blok s odporem 10 kΩ, a to je blok potenciometru.
I když je jeho význam jiný, můžeme ho použít také jako pevný rezistor 10 kΩ. Protože v tomto případě
nepotřebujeme odpor měnit, použijeme potenciometr stejným způsobem, jako jsme použili rezistor
(10 kΩ).
Blok potenciometru připojíme v podélném směru oběma proti sobě stojícími kontakty.
Posuvník zde nebude měnit odpor, ale jen hodnotu odporu na jeho třetím kontaktu.
K zvyšování a snižování numerických hodnot budeme používat předponu „kilo“ (malé k) před
jednotkou odporu.
Při porovnání obou hodnot odporu s určitou tolerancí můžete očekávat zdvojnásobení odporu
10 kΩ na 20 kΩ.
Aby se změna toku proudu zviditelnila, odstraníme z obvodu jeden ze dvou komponentů odporu.
Nezáleží na tom, který z nich si vyberete, protože proud si vždy najde cestu k LED.
Vidíme, že jas LED se snižuje. Tok proudu má nyní jen jednu cestou, kterou se dostane k LED.
Celkový odpor je nyní 10 kΩ, tj. oproti předchozí poloviční hodnotě se zdvojnásobil.
Pro porovnání obvod s jedním rezistorem 10 kΩ.
Pro výpočet přibližné celkové hodnoty proudu, který protéká LED v obvodu s dvěma rezistory
(20 kΩ) použijeme vzorec:
!"ěí
I =
=
= 0,00045A = 0,45 mA
%
Pro přibližný tok proudu přes LED s odporem 10 kΩ se musí hodnota 0,45 mA zdvojnásobit
na 0,9 mA, protože odpor a tok proudu jsou navzájem v nepřímé úměrnosti.
Pro dosažení přesné hodnoty proudu s dvěma rezistory (20 kΩ) použijeme vzorec
(předpokládané napětí ULED je 1,9V):
!"ěí
I =
&'(
Rezistor v paralelním obvodu
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 2 x blok obvodu,
blok rezistoru (10 kΩ), blok potenciometru, 2 x blok T, 2 x rožní blok
V elektronice se jen velmi zřídka používají čistě paralelní nebo sériová zapojení. Ve většině případů
=
,
%
,
=
= 0,000338A = 0,338 mA
%
se používají kombinace sériových a paralelních obvodů. A to je i případ našeho následujícího
příkladu. Budeme ho posuzovat jako paralelní obvod, protože budeme zkoumat jen proud, který teče
přilehlými rezistory a intenzitu světla LED. Protože oba rezistory (10 kΩ a potenciometr) mají stejný
odpor, tok proudu má dvě rovnocenné možnosti, jak se dostat k LED. Celkový odpor paralelně
zapojených rezistorů se sníží na polovinu, tj. na 5 kΩ.
Potenciometr
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 2 x blok obvodu, blok
rezistoru (10 kΩ), blok potenciometru, 2 x blok T, 2 x rožní blok
Potenciometr je velmi důležitým elektronickým komponentem, který umožňuje nepřetržitě měnit
hodnotu odporu. Tento blok nyní použijeme k jeho původnímu účelu. Otáčením knoflíku v horní části
potenciometru se odpor nastavuje od 0 Ω do maximální hodnoty 10 kΩ. Odpor teda můžeme měnit
otáčením knoflíku. Celkový odpor našeho paralelního obvodu můžeme nastavit od 0 Ω do maximální
hodnoty 5 kΩ. Rostoucí proud se projevuje změnou intenzity světla LED.
Nebo jiný příklad použití potenciometru. Odstraníme paralelní rezistor a blok LED se připojí přímo
k potenciometru. Odpor se změní z 0 Ω na maximální hodnotu 10 kΩ.
Rozšířený rozsah potenciometru (směrem dolů)
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 3 x blok uzemnění,
blok potenciometru, rožní blok, blok rezistoru 10 kΩ
Do sériového obvodu se zapojí potenciometr s rezistorem 10 kΩ. Omezuje se tím rozsah napětí
na výstupu kluzného kontaktu potenciometru. Dva rezistory: 10 kΩ na sériovém rezistoru a sériový
rezistor potenciometru mají za následek rozdělení napětí. Proto je na horním konektoru potenciometru
v našem schématu jen 4,5 V. Výstupní rozsah kluzného kontaktu potenciometru funguje jako další
rozdělovač napětí a působí v rozsahu od 0 do 4,5 V. Také při tomto experimentu mějte na paměti,
že ke kluznému kontaktu na bloku potenciometru se smí připojit jen modul LED.
Zabrání se tak zničení modulu potenciometru.
V elektronice platí: Bezpečnost nade vše!
Potenciometr jako rozdělovač napětí
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 3 x blok uzemnění,
blok potenciometru, rožní blok
V následujícím experimentu použijeme blok potenciometru k jeho původnímu účelu a připojíme
všechny tři kontakty. Důležité je připomenout, že kluzný kontakt se nepřipojuje ke kladné přípojce
na zdroji napětí. Mohlo by to vést ke zkratu a k zničení bloku potenciometru. Musí se připojit jen ke
zdroji napětí 9 V, které se v závislosti na poloze kluzného kontaktu pohybuje v rozsahu od 0 V do 9 V.
Ke kluznému kontaktu by se měl připojit jen blok LED. To znamená, že když se ovládací knoflík otočí
úplně doleva, na anodě bude napětí 9 V a světlo LED bude mít největší intenzitu. Pokud se knoflík
otočí úplně doprava, LED zhasne a napětí bude mít hodnotu 0 V. V středové poloze knoflíku má
napětí střední hodnotu 4,5 V. Tímto způsobem lze intenzitu světla LED stále měnit.
Zajímavé je, že jsme opět vytvořili paralelní zapojení modulu potenciometru a modulu LED.
Tok proudu má znovu dvě možnosti, jak se dostat z kladného pólu na zdroji napětí k zápornému pólu.
Pomocí bloků uzemnění jsme vytvořili zavřený obvod. Proud teče trvale přes potenciometr a další
paralelně přes blok LED. Proud, který teče přes potenciometr, se nedá zastavit, ale proud tekoucí
přes modul LED, můžeme úplně zastavit.
Rozšířený rozsah potenciometru (směrem nahoru)
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 3 x blok uzemnění,
blok potenciometru, rožní blok, blok rezistoru 10 kΩ
Do sériového obvodu se zapojí potenciometr s rezistorem 10 kΩ, a omezí se tak na určitý rozsah
napětí. Tentokrát je potenciometr v horní polovině obvodu. Proto na horním okraji dostává 9 V
a na spodním okraji 4,5 V. Pokud se nyní otáčí knoflík potenciometru, kluzní kontakt se může
pohybovat mezi 4,5 V až 9 V.
I v tomto experimentu musíte myslet na to, že ke kluznému kontaktu na bloku potenciometru
se smí připojit jen modul LED. V opačném případě hrozí zničení bloku potenciometru.
Prahové napětí
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, 3 x blok uzemnění,
blok potenciometru, 2x rožní blok, blok rezistoru 10 kΩ, 2 x blok T
Prahové napětí je pojem, který se používá v souvislosti s elektronickými a polovodičovými prvky.
Naše základní sada obsahuje polovodičové bloky LED a tranzistoru. V našem případě se pojmem
prahové napětí definuje napětí, při kterém začne blokem LED protékat proud a LED začne svítit.
V následujícím pokusu vytvoříme obvod, ve kterém rozsvítíme LED překročením prahového napětí.
Hranici prahového napětí určíme polohou otočného knoflíku na bloku potenciometru.
Knoflík by se měl nejdříve otočit úplně doleva a poté pomalu otáčet doprava. Poté uvidíme, že se jako
první rozsvítí zelená, nebo žlutá LED, respektive se zřídkavě můžou rozsvítit obě LED současně.
Která z LED se rozsvítí jako první, je dané nevyhnutelnou odchylkou způsobenou během procesu
výroby. Náš potenciometr funguje znovu jako rozdělovač napětí (viz předchozí pokus).
I v tomto experimentu musíte myslet na to, že ke kluznému kontaktu na bloku potenciometru se smí
připojit jen modul LED. V opačném případě hrozí zkrat a zničení modulu potenciometru.
Když je knoflík úplně vlevo, na kluzném kontaktu není žádné napětí, a proto LED nesvítí.
Pomalým otáčením knoflíku se postupně zvyšuje napětí až na maximální hodnotu 9 V, při které by
LED měly svítit naplno (proud je omezen rezistorem (1 kΩ) v bloku). V případě nízkoproudových LED
(2 mA) závisí provozní napětí na jejich barvě. Obvykle platí, že červená LED = 1,6 až 2,2 V, žlutá LED
= 1,7 až 2,5 V, zelená LED = 1,7 až 2,5 V a modrá LED = 3 až 4 V.
Menší uvedená hodnota napětí u všech LED představuje zhruba hodnotu prahového napětí.
Fotorezistor (rezistor závislý na světle)
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok fotorezistoru,
2x blok uzemnění
Náš blok fotorezistoru mění svou hodnotu odporu v závislosti na intenzitě dopadajícího světla a ne
jako potenciometr v důsledku mechanického pohybu. Když se tento blok osvítí světlem, zmenší se
jeho odpor a zvýší se vodivost, takže protékající tok proudu je větší.
Hodnota odporu fotorezistoru dosahuje ve tmě velmi vysokých hodnot několika 100 kΩ, ale za světla
je velmi nízká – několik stovek Ω. Rozdíl hodnot může být až tisícinásobný. V následujícím pokusu
se LED rozsvítí, jen když na blok fotorezistoru dopadne světlo. Když se setmí, LED přestane svítit.
Tento efekt se dostavuje s určitým zpožděním. Znovu se jedná o čistě sériový obvod, do kterého
se zapojí blok fotorezistoru a blok LED spolu se zdrojem napětí.
Fotorezistor – rozsvícení ve tmě
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok fotorezistoru,
blok rezistoru 10 kΩ, 3 x blok uzemnění, blok potenciometru, rožní blok, blok ve tvaru T
Poslední příklad lze použít tam, kde by se mělo rozsvítit sekundární světlo, pokud se zapne světlo
například v suterénu. V běžném životě nedává moc smyslu rozsvěcovat světlo, když jste ve světlém
prostředí. Spíše se hodí používat světlo ve tmě.
Zdá se, že princip fotorezistoru je opačný, nicméně díky elektronice můžeme jednoduchým trikem
použití fotorezistoru a LED obrátit. Vytvoříme si k tomu vě tev paralelního a sériového připojení.
Komponent rezistoru a fotorezistoru se zapojí sériově. Blok LED se připojí paralelně od středu mezi
rezistorem a fotorezistorem. Pokud se fotorezistor dostane do tmy, značně se zvýší jeho odpor a tok
proudu bude velmi malý.
Proud hledá lepší alternativu, jak se dostat k bloku za diodou vyzařující světlo. Blok LED se rozsvítí.
Pokud se blok LED rozsvítí, napětí v rezistoru 10 kΩ se zvýší. Napětí v bloku ve tvaru T se kvůli
rozdělovači napětí sníží a nenaplní se tak potřebná hodnota prahového napětí pro provoz LED,
která proto zhasne.
Poznámka: Další rožní blok se nemusí použít a na obrázku má jen ilustrační účel.
Fotorezistor – rozsvícení ve tmě - citlivější
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok se zelenou LED,
blok fotorezistoru, blok rezistoru 10 kΩ, 3x blok uzemnění, blok potenciometru, rožní blok,
blok ve tvaru T
Může se vám to zdát komplikované. Použijeme totiž difuzní napětí ze dvou LED, abychom zvýšili
citlivost. Difuzní napětí je napětí, které se musí použít na polovodič, aby se uvnitř polovodiče získala
vodivost. Toto napětí se v závislosti na materiálu polovodiče pohybuje mezi 0,3 až 4 V (dioda – LED).
Difuzní napětí je přibližně 1,9 V. Použijeme smíchaný obvod dvou bloků rezistorů (fotorezistor
a 10 kΩ) a dvou bloků LED (žlutá a zelená LED). Bloky LED jsou zapojené paralelně s blokem
fotorezistoru. Pokles napětí na fotorezistoru je ve tmě velmi velký, protože na něj působí rozdělovač
napětí spolu s blokem rezistoru 10 kΩ. Napětí 9 V je téměř výhradně na obou LED a na rezistoru
10 kΩ. Obě LED svítí, protože napětí je vyšší než součet obou prahových napětí LED.
Prahová hodnota intenzity osvětlení, při které začnou LED svítit, je vyšší. Pokud jsme při posledním
pokusu osvítili fotorezistor, LED úplně nezhasla, zatímco nyní kvůli dvojité prahové hodnotě obě
LED při osvícení fotorezistoru úplně zhasnou.
Kondenzátor jako nástroj k uchování elektrické energie
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok kondenzátoru 10 µF,
2x blok uzemnění
Kondenzátor je jedním z nejdůležitějších prvků elektroniky. Dokáže velmi rychle uložit elektrickou
energii a velmi rychle ji také uvolnit. Vysoká rychlost, s jakou kondenzátor dovede energii uložit
a uvolnit, spolu s relativně nízkými technickými nároky na jeho výrobu činí kondenzátor tak zásadním
prvkem. Skládá se ze dvou vodivých vrstev oddělených materiálem. Tento materiál je kromě velikosti
vrstev a jejich vzdálenosti nejdůležitějším prvkem kondenzátoru a zásadním způsobem určuje jeho
vlastnosti. Tomuto materiálu se říká dielektrikum.
Dielektrikum se obvykle vyrábí z nějakého izolantu, ale také ho může tvořit vzduch nebo vakuum.
Nejdůležitější vlastností kondenzátoru je jeho kapacita, která se měří ve faradech (F). V každodenním
životě se setkáváme s kapacitou na úrovni mikrofaradů (µF - 10-6), nanofaradů (nF - 10-9) a pikofaradů
-12
(pF - 10
). Tato sada stavebnice obsahuje 2 bloky kondenzátoru. Jeden z nich má kapacitu 10 µF
a druhý 100 µF. Kromě toho se musí brát do úvahy maximální provozní napětí a také polarita
elektrolytických kondenzátorů. Náš elektrolytický kondenzátor je kondenzátor ELKO s kladným
a záporným pólem.
Záporný pól polarizovaného kondenzátoru se musí připojit k zápornému pólu na zdroji napětí.
Záporný pól kondenzátoru nebývá obvykle nijak označen. Kladný pól polarizovaného kondenzátoru
se musí připojit ke kladnému pólu na zdroji napětí. Kladný pól kondenzátoru je označen znaménkem
„plus“. Pokud se polarizovaný kondenzátor nepřipojí správně, může se zničit a explodovat.
Je to také důležité, když jsou mezi elektrolytickým kondenzátorem a zdrojem napětí jiné prvky.
Druhý kondenzátor v sadě (10 µF) není polarizovaný a může se zapojit podle potřeby.
Kapacita kondenzátoru se určuje podle napětí, času nabíjení a nabíjecího proudu.
1. Zapojte kondenzátor (10 µF) mezi baterii a blok uzemnění, aby se nabil.
2. Zapojte kondenzátor (10 µF) mezi blok LED a blok uzemnění, aby se vybil. LED krátce zabliká.
Kondenzátor s vysokou kapacitou
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok kondenzátoru 100 µF,
2x blok uzemnění
Blok 100 µF kondenzátoru, jak už bylo uvedeno, je elektrolytickým kondenzátorem. V tomto případě
je potřeba věnovat pozornost správné polaritě, protože jinak hrozí nebezpečí exploze.
Strana kondenzátoru, která je označena znaménkem plus (+), se musí připojit ke kladné straně na
zdroji napětí označené také znaménkem plus (+). Elektrolytický znamená, že katoda záporného pólu
kondenzátoru je vyrobena z vodivého materiálu, který dokáže uchovat více energie než náš první
kondenzátor. Elektrolyt má vyšší elektrický odpor než kovy, ale dokáže přenášet a uchovat elektrické
náboje.
Materiál dielektrika je velmi dobrým izolátorem, a proto má velmi vysoký elektrický odpor.
Kapacita kondenzátoru se tím ještě víc zvětšuje. LED svítí jasněji a déle než v předešlém pokusu.
Postup:
1. K nabíjení zapojte kondenzátor mezi baterii a blok uzemnění. Tento blok se připojí k zápornému
pólu (katodě) a zůstane k ní připojen i během vybíjení. Kladný pól zdroje napětí se připojí
ke kladnému pólu (anodě) kondenzátoru. Za krátkou chvíli je kondenzátor dostatečně nabitý,
aby rozsvítil LED a vybije se.
2. Nyní odpojíme zdroj napájení a modul kondenzátoru a připojíme anodu kondenzátoru k anodě
na LED modulu. Katoda na bloku LED se musí připojit k bloku uzemnění, aby se obvod uzavřel.
Nyní bude LED blikat o něco déle, než se vybije.
Kondenzátor jako malý akumulátor
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok elektrolytického
kondenzátoru 100 µF, blok rezistoru 100 kΩ, 2 x blok uzemnění
Čas vybíjení kondenzátoru můžeme zvýšit omezením vybíjecího proudu kondenzátoru pomocí
rezistoru (100 kΩ). V předchozích pokusech se vybíjení určovalo pouze rezistorem na bloku LED.
Nyní zapojíme do obvodu sériově k anodě našeho bloku LED ještě blok rezistoru (100 kΩ)
a výrazně tak zvýšíme celkový odpor.
Vybíjecí proud je nyní určován pomalu klesajícím napětím kondenzátoru. Omezíme tok proudu
rezistorem (100 kΩ) a prodloužíme čas vybíjení. Napětí v kondenzátoru se udrží déle.
Náš kondenzátor nyní funguje jako malý akumulátor. Vynásobením průměrného toku proudu (I) časem
vybíjení (t) dostaneme náboj (Q). (Q = I x t)
Napětí na kondenzátoru závisí na jeho náboji, ale náboj není konstantní a napětí se mění,
protože kondenzátor se vybíjí. Pro konstantní náboj platí, že napětí (U) se rovná vytvořené kapacitě
(C) a náboji (Q). (U = C x Q)
K matematickému popisu tohoto chování musíme použít exponenciální funkci.
V následujícím pokusu použijeme žlutou LED, protože svítí o něco jasněji než zelená LED.
Postup:
1. K nabíjení dochází přes zdroj napětí a blok uzemnění. Záporný pól kondenzátoru se připojí
k bloku uzemnění a zůstane k němu připojen i během vybíjení.
2. Nyní odstraníme připojení zdroje a modulu kondenzátoru a kladný pól kondenzátoru připojíme
k bloku rezistoru (100 kΩ) a k anodě LED modulu. Katoda, tj. záporná svorka LED se musí připojit
k bloku uzemnění, aby se vytvořil uzavřený obvod. LED zůstane svítit déle, ale její světlo nebude
tak jasné.
Kondenzátor – jeden obvod za všechny
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok se zelenou LED,
blok kondenzátoru 10 µF, univerzální blok. 2x blok uzemnění, 2x blok T, 2x rožní blok
Už známe vlastnosti kondenzátoru během vybíjení. Technicky jsme provedli nabíjení, i když vizuálně
nebylo patrné. V následujícím pokusu si ilustrujeme jak proces nabíjení, tak i proces vybíjení.
Poslouží nám k tomu univerzální blok, který použijeme poprvé. Charakteristické rysy nabíjení
a vybíjení kondenzátoru jsou úplně stejné. Tentokrát použijeme dvě LED, ale obě zapojíme obráceně,
tj. antiparalelně. Při nabíjení kondenzátoru se krátce rozsvítí žlutá LED a při vybíjení zase zelená LED.
Při nabíjení se zkratují dva horní kontakty v schematickém nákresu a při vybíjení se musí zkratovat
dva spodní kontakty univerzálního bloku.
Nyní použijeme modul kondenzátoru 10 µF, takže nemusíte věnovat pozornost polaritě.
Postup:
1. Připojte nejdříve horní a prostřední kontakt, a když se rozsvítí žlutá LED, tak je odpojte.
2. Nyní připojte dolní a prostřední kontakt, a když se rozsvítí zelená LED, tak je odpojte.
Permanentní kondenzátor
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok se zelenou LED,
blok kondenzátoru 10 µF, blok rezistoru 10 kΩ, univerzální blok. 3x blok uzemnění, 2x blok T,
2x rožní blok
Snadná manipulace s elektrickým obvodem je důležitým kritériem při navrhování obvodů.
Je bezpochyby pohodlnější ovládat nějakou funkci jedním přepínačem namísto dvou.
V našem následujícím obvodu se bude kondenzátor trvale používat a vybije se, až když se
k univerzálnímu bloku připojí opačné kontakty. Proto se antiparalelně zapojené LED moduly
začlení do obvodu v sérii s kondenzátorem 10 µF a rezistorem 10 kΩ.
Pokud se nyní použije zdroj napětí, žlutá LED bude svítit tak dlouho, dokud se bude kondenzátor
nabíjet a jeho odpor v DC obvodu je nekonečně vysoký. Když se uzavře připojení k opačným
kontaktům našeho univerzálního bloku, kondenzátor se okamžitě vybije a krátce se rozsvítí zelená
LED.
Připojením dvou kontaktů rychle po sobě zablikají střídavě obě LED. Rezistor 10 kΩ je velmi důležitý,
protože během vybíjení kondenzátoru omezuje nejvyšší možný proud a brání tak zkratování.
Proud, který teče přes kontakty, když se uzavřou, je dokonce vyšší, než nejvyšší možný tok proudu:
I =
= 0,9 mA
Směr toku proudu je oproti nabíjení obrácený.
Tranzistor jako zesilovač
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok rezistoru 10 kΩ,
blok tranzistoru, blok potenciometru, 3x blok uzemnění, 2x blok T, 2x rožní blok
Poslední, zatím nepoznanou polovodičovou součástkou naší elektronické sestavy, je tranzistor.
Tento tranzistor slouží jako elektronický zesilovač, který se neovládá mechanicky jako vypínač světla
v domácnosti, ale elektronicky tokem proudu na jeho základním kontaktu (bázi). Dalším „pracovním“
kontaktům tranzistoru říkáme kolektor (C) a emitor (E).
Je velmi důležité zajistit správné připojení. Kontakt emitoru se připojí přímo nebo nepřímo
k zápornému pólu zdroje napětí. Kolektor se připojuje přes LED ke kladnému pólu zdroje napětí
a báze se připojí k rezistoru 10 kΩ, který se napájí potenciometrem, který slouží jako rozdělovač
napětí. Proud na bázi určuje tok proudu z kolektoru na emitor. Tranzistor funguje jako zesilovač
proudu a například 100 až 300x zesílí proud báze.
Je potřeba zajistit, aby kluzný kontakt potenciometru nebyl připojen k uzemnění ani ke zdroji napětí.
Blok potenciometru obsahuje rozdělovač napětí. Otáčení knoflíku zprava doleva rozsvěcuje žlutou
LED, která po otočení knoflíku zpět doprava okamžitě zhasne.
Tranzistor jako přepínač
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí,
blok se žlutou LED, blok rezistoru 100 kΩ, blok
tranzistoru, 2x blok uzemnění, 2x blok T, 2x rožní
blok, univerzální blok
Zesílením proudu báze se stává obvod velmi citlivým.
Dokonce i velmi slabý tok proudu může mít
za následek vysoký proud, který postačí k rozsvícení
LED. Rezistor báze (100 kΩ), který se zapojí před
rezistor, můžete přemostit prstem a rozsvítit
tak žlutou LED. Hodnota odporu lidského těla
je přibližně několik tisíc Ohmů a po zesílení postačuje
k tomu, aby se rozsvítila LED.
Vysoká citlivost proudu na bázi tranzistoru umožňuje
široký rozsah možností použití tranzistoru.
Lze ho např. využívat jako detektor deště.
Kontakty v našem schématu se proto připojí
k dlouhým vodičům, které vedou například k nějaké
vnější části domu, aby se na nich v případě deště
objevil minimální proud. Tranzistor tak funguje jako
senzor.
Fotorezistor a tranzistor
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok se zelenou LED,
blok potenciometru, blok tranzistoru, blok fotorezistoru, 3x blok uzemnění, blok T, 2x rožní
blok univerzální blok
Nyní vytvoříme obvod, v kterém tranzistor rozsvítí
žlutou LED v závislosti na intenzitě světla v prostředí.
Sériově se zapojí potenciometr a fotorezistor (LDR03)
a vytvoří rozdělovač napětí. Celkové napětí se rozdělí
mezi potenciometr, fotorezistor a zelenou LED.
Potenciometr a fotorezistor
Slouží jako proměnné rezistory.
Fotorezistor se nastavuje podle úrovně dopadajícího
světla a potenciometr mechanickým otáčením
knoflíku.
Druhá cesta proudu vede přes kontakty kolektoru
a emitoru na tranzistoru a řídí se proudem na bázi.
Můžeme ji říkat cesta primárního obvodu. Zelená LED
slouží jako indikátor proudu na bázi. Čím jasněji svítí,
tím větší je tok proudu z báze na emitor.
Kluzný kontakt potenciometru se může nyní připojit
přímo k bázi tranzistoru. Nehrozí riziko zkratu,
ale jakýkoli omyl v zapojení může obvod zničit.
Fotorezistor a tranzistor - noční osvětlení
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok rezistoru 100 kΩ,
blok tranzistoru, blok fotorezistoru, 3x blok uzemnění, 2x blok T, rožní blok
LED by se měla zapnout, když se v místnosti setmí.
Hodnota odporu na fotorezistoru se sníží současně
s poklesem intenzity světla a rozdělovač napětí na
rezistoru (100 kΩ) je příčinou omezeného toku
proudu v tranzistoru.
Když na fotorezistor dopadá světlo, v rezistoru
je napětí téměř 9 V. Při dosažení odporu 100 kΩ,
napětí poklesne na 0,09 V a to nestačí na sepnutí
tranzistoru. Také se ztratí tok proudu z emitoru na
kolektor a žlutá LED zhasne. Naopak ve tmě je
hodnota odporu na fotorezistoru velmi vysoká.
Napětí na bázi je určováno prahovým napětím báze
tranzistoru, které je přibližně 0,7 V a řídí tok proudu
na bázi. Tranzistor mezi kolektorem a emitorem tok
proudu značně zesílí, a když je dost velký, LED se
rozsvítí.
Takovému obvodu se říká obvod automatického
nočního osvětlení.
Fotorezistor a tranzistor – nastavitelné noční osvětlení
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok rezistoru 100 kΩ,
blok tranzistoru, blok fotorezistoru, blok potenciometru, 3x blok uzemnění, 2x blok T,
rožní blok
Stejně jako v předchozích pokusech použijeme znovu obvod se všemi 3 polovodičovými součástkami:
LED, fotorezistorem a tranzistorem. Tentokrát obvod vylepšíme a získá další funkce, takže můžeme
měnit odpor obvodu a intenzitu světla našeho nočního osvětlení.
Dokážeme také nastavit prahovou
hodnotu proudu báze, aby se LED
rozsvítila, když intenzita světla v místnosti
klesne pod určitou prahovou hodnotu.
Prahové napětí na bázi lze nastavit
potenciometrem tak, aby rozdíl napětí
mezi bází a emitorem nebyl větší než
0,7 V. Pokud tranzistorem
a potenciometrem začne protékat proud,
napětí mezi emitorem a uzemněním se
zvýší. Zvýší se také napětí na bázi
o 0,7 V. Kritický bod sepnutí napětím
se dostane na vyšší úroveň, a pokud
se hodnota na potenciometru zvýší, obvod
se stane méně citlivým. Je to podobné
jako obvod kolektoru v našem dalším
příkladu. Pokud se potenciometr nastaví
na nejvyšší odpor, Světlo LED bude
viditelné jen ve tmě. Jen tehdy je proud
na bázi statečně velký, aby uzavřel
paralelní obvod z kolektoru a emitoru.
Tranzistor v obvodu kolektoru
Komponenty k experimentu: blok zdroje napětí, blok se žlutou LED, blok rezistoru 100 kΩ,
blok tranzistoru, blok potenciometru, 3x blok uzemnění, 2x blok T, rožní blok
Tranzistor je jednou z nejpoužívanějších elektronických součástek. Miliardy tranzistorů se např.
používají v řídících
jednotkách stolních počítačů.
Počet používaných
tranzistorů je mnohem větší
než vzdálenost mezi Zemí
a Sluncem v kilometrech.
Tranzistor má tři základní
obvody a tři konektory
a nejčastěji se používá
obvod emitoru a kolektoru.
Obvod báze slouží pro
speciální obvody a na tomto
místě se mu už nebudeme
věnovat.
Napětí emitoru v tomto
pokusu vždy následuje
napětí báze s rozdílem
0,7 V. Proto se tomuto
obvodu také říká sledovač
napětí. Neposkytuje zesilování napětí, ale zesiluje proud. Obvod emitoru zesiluje jak proud, tak napětí
a v obvodu báze je zesílené napětí ale ne proud.
Otáčením knoflíku zprava doleva se LED rozsvítí, resp. svítí větší intenzitou.
Tomuto obvodu se říká obvod kolektoru, protože kontakt kolektoru je připojen přímo k modulu
napájení.
Recyklace
Elektronické a elektrické produkty nesmějí být vhazovány do domovních odpadů.
Likviduje odpad na konci doby životnosti výrobku přiměřeně podle platných
zákonných ustanovení.
Šetřete životní prostředí! Přispějte k jeho ochraně!
Záruka
Na stavebnici Brick „R“ Knowledge poskytujeme záruku 24 měsíců.
Záruka se nevztahuje na škody, které vyplývají z neodborného zacházení, nehody, opotřebení,
nedodržení návodu k obsluze nebo změn na výrobku, provedených třetí osobou.
Překlad tohoto návodu zajistila společnost Conrad Electronic Česká republika, s. r. o.
Všechna práva vyhrazena. Jakékoliv druhy kopií tohoto návodu, jako např. fotokopie, jsou předmětem souhlasu společnosti
Conrad Electronic Česká republika, s. r. o. Návod k použití odpovídá technickému stavu při tisku! Změny vyhrazeny!
© Copyright Conrad Electronic Česká republika, s. r. o. VAL/1/2019
Loading...