Conrad 192230 Operation Manual [hu]

Conrad Szaküzlet 1067 Budapest, Teréz krt. 23. Tel: [phone]
Conrad Vevőszolgálat 1124 Budapest, Jagelló út 30. Tel: [phone]

Elektronikai kísérletező készlet

Rendelési szám: 192230

1 Az első lépések

Ez a tanulókészlet könnyű bevezetést nyújt az elektronika világába. A készlet
alkotóelemei:

Szerelőlap

Az összes kísérletet ezen a laboratóriumi szerelőlapon („próbasasszi”)
végezzük. A szerelőlapon összesen 270 érintkezőpont helyezkedik el egy 2,54
mm-es raszterben, amelyek az integrált áramkörök (IC-k) és az egyes passzív
elemek számára biztonságos bekötési lehetőséget adnak.

Világító dióda

A LED-ek tanulókészlete két piros, egy zöld és egy sárga LED-et tartalmaz. Az
összes világító dióda esetében alap-vetően figyelembe kell venni a polaritást. A
negatív csatlakozás neve katód, és a rövidebbik csatlakozó-huzalon jelenik
meg. A pozitív csatlakozás neve anód. A LED belsejében felismerhető a LED­kristály kehely alakú tartója, amely a katóddal áll összeköttetésben. Az anód­csatlakozás egy nagyon vékony huzallal van rákötve a kristály felületén
elhelyezett érintkezőre. Vigyázat! A LED az izzólámpával ellentétben
közvetlenül nem köthető össze egy teleppel. Minden esetben szükség van egy
előtét-ellenállásra.

1.5 ábra: A világítódióda

Ellenállás

A tanulókészletben ±5% tűrésű szénréteg-ellenállások vannak. Az ellenállás
anyaga egy kerámiarúdra van felvíve, és egy védőréteggel van bevonva. A
feliratozás szerepét színes jelölőgyűrűk látják el. Ezek az ellenállás értéke
mellett a tűrést is megadják.

A szerelőlap középső részén 230 érintkezőpont van, amelyek függőlegesen

1.1 ábra: A kísérleti szerelőlap

ötös csoportokban galvanikusan össze vannak kötve. Rajtuk kívül van még 40
érintkező-pont a tápegység számára a felső és az alsó szél mentén, amelyek
két-két vízszintes érintkező rugósávból állnak sávonként 20 érintkezőponttal.
Az 1.2 ábra mutatja az érintkezők belső összeköttetéseit. Láthatók rajta a rövid
középső sorok, és a hosszú szélső tápérintkező-sorok.

1.2 ábra: A belső összeköttetések
Az alkatrészek berakása meglehetősen nagy erőt igényel. A
csatlakozóvezetékek könnyen elgörbülnek. Ezért arra vigyáznunk kell, hogy
pontosan felülről toljuk be őket az érintkezőpontba. Ehhez egy kis csipeszt
vagy hosszú csőrű fogót használjunk. A csatlakozóvezetéket a szerelő-laphoz a
lehető legközelebb fogjuk meg, és nyomjuk lefelé függőlegesen. Ugyanígy
tegyünk pl. az elemcsatok ónozott végével is.
Kísérleteinkhez az együttszállított áthidaló vezetékből különböző hosszúságú
darabokat kell levágnunk. A vezetékvégek lecsupaszításához először vágjuk
körül a szigetelést egy éles késsel.

Telep

Az alábbi áttekintés az alkatrészeket egyrészt az eredeti kinézésükkel, továbbá
az áramköri rajzokban alkalmazott szimbólumaikkal mutata be. A telepet
helyettesítheti pl. egy tápegység.

1.3 ábra: Egy telep, és áramköri szimbóluma
Ne használjunk alkáli típusú elemet vagy akkumulátort. Kizárólag cink-szén
elemet alkalmazzunk. Bár az alkáli típusú elemeknek hosszabb az
üzemélettartamuk, de pl. rövidzár esetén 5A feletti áramot tudnak szállítani,
amely miatt a vékony vezeték vagy maga a telep nagyon fel tud melegedni.
Egy cink-szén elem által rövidzár esetében szállított áram rendszerint 1A alatt
marad. Ez ugyan az érzékenyebb alkatrészeket tönkreteheti, de nem okoz tüzet.
Az együttszállított telepcsatlakozó csatnak hajlékony csatlakozókábele van. A
lecsupaszított kábelvégek még ónozottak is. Emiatt elég merevek ahhoz, hogy
be tudjuk dugni őket a szerelőlap érintkezőpontjaiba. Ha gyakran kell őket
azonban bedugni és kihúzni, deformálódhatnak. Ezért jobb bennhagyni a
vezetékvégeket az érintkezőben, és a csatot levenni a telepről.
A cink-szén vagy alkáli elemek egy cellájának az elektromos feszültsége 1,5V.
Egy elemben több cella van sorba kapcsolva. Ennek megfelelően mutatják a
telep-szimbólumok az egy telepben lévő cellák számát. Nagyobb feszültség
esetén szokás szaggatott vonallal helyettesíteni a középső cellákat.

1.4 ábra: A különböző telepek kapcsolási rajzokban használt szimbólumai

Az ±5% tűrésű ellenállásokat az E24 érték-sorozatban gyártják, amelyben
minden egyes dekádban egymástól körülbelül azonos távolságban lévő 24 érték
van.

1.1 táblázat: az E24 normál sorozat ellenállás-értékei

1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0
3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1

5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1
A színkódot az ellenállás széléhez legközelebb lévő színes gyűrűtől kiindulva
olvassuk le. Az első két gyűrű két számot jelöl, a harmadik gyűrű az ohmban
vett ellen-állásérték szorzója. A negyedik gyűrű a tűrést adja meg.

1.2 táblázat: Az ellenállások színkódja:
szín 1. gyűrű

fekete 0 1
barna 1 1 10 1%
piros 2 2 100 2%
narancs 3 3 1.000
sárga 4 4 10.000
zöld 5 5 100.000
kék 6 6 1.000.000
ibolya 7 7 10.000.000
szürke 8 8
fehér 9 9

arany 0,1 5%
ezüst 0,01 10%
Ha egy ellenállásnak sorra sárga, ibolya, barna és arany gyűrűje van, az értéke
470 ohm, és a tűrése 5%. A tanuló-készletben két-két ellenállás található az
alábbi értékekkel:
100 Ω barna, fekete, barna
220 Ω piros, piros, barna
330 Ω narancs, narancs, barna
470 Ω sárga, ibolya, barna
1 kΩ barna, fekete, piros
10 kΩ barna, fekete, narancs
100 kΩ barna, fekete, sárga

Tranzisztor

A tranzisztorok kis áramok erősítésére való alkatrészek. Az itt alkalmazott
BC547 tranzisztorok NPN-szilícium-tranzisztorok.

A tranzisztor csatlakozóvezetékeinek a neve emitter (E), bázis (B) és kollektor
(C). Mindkét tranzisztornak középen van a bázis kivezetése. A feliratozást
nézve, és lefelé néző kivezetések mellett az emitter jobbra van.

Kondenzátor

Egy további fontos elektronikai alkatrész a kondenzátor, amely két
fémfelületből, és egy szigetelőrétegből áll. Ha feszültséget kapcsolunk a
kondenzátorra, a két lemeze között elektromos erőtér lép fel, amelyben energia

1. szám

1.6 ábra: Egy ellenállás

2. gyűrű

2. szám

1.7 ábra: A tranzisztor

3. gyűrű
szorzó

4. gyűrű
tűrés

van tárolva. Ha a kondenzátor lemezeinek nagy a felülete, és kicsi a lemezek
közötti távolság, akkor nagy a kondenzátor kapacitása, azaz egy adott feszültség
mellett sok töltést tárol. A kondenzátorok kapacitását Farad-ban (F) mérjük.
Nagy kapacitás érhető el az elektrolit kondenzátorokkal (elkók). A szigetelés
ezeknél egy vékony alumíniumoxid-rétegből áll. Az elkó folyékony elektrolitot
tartalmaz, és nagyfelületű feltekercselt alumíniumfóliát. A feszültséget csak az
egyik irányban szabad rátenni. Ha rossz irányban tesszük rá, szivárgóáram lép
fel, és lassanként lebomlik a szigetelés, ami a kondenzátor tönkremenetelét
okozza. A negatív pólust egy fehér sáv jelöli, és a kivezetése rövidebb.

1.8 ábra: Egy elektrolitkondenzátor

2 Az első kísérletek LED-ekkel

Egy teleppel és egy kis izzólámpával egyszerű módon kipróbálhatunk egyet­mást, amíg a lámpa világít. Egy LED-el ezt nem tehetjük meg, mert
közvetlenül nem csatlakoztathatjuk a LED-et a telepre, mivel tönkremehet. Egy
kissé pontosabban kell terveznünk: fontos a helyes feszültség, a helyes
polaritás, a megfelelő előtét-ellenállás. De azért nem is nehéz. Próbáljuk csak ki
az ajánlott kapcsolásokat, és hamarosan biztosan fogunk bánni már a LED­ekkel.

2.1 LED előtét-ellenállással

Építsük fel első áramkörünket egy teleppel, LED-del és előtét-ellenállással.
Használjunk egy piros LED-et és egy 9V-os elemet. A tanulókészlet
legnagyobb ellenállásával (1 kΩ = 1000 Ω, barna, fekete, piros) jó helyen
járunk, ami a LED áramát illeti. A 2.1 ábra mutatja a kapcsolást kapcsolási rajz
formájában.

2.2 Az áram iránya

Fordítsuk csak úgy meg a LED-et, hogy az anódja a telep negatív pólusára
kerüljön. Most egyáltalán nem világít már! Az áram tehát csak az egyik
irányban tud átfolyni a LED-en. Az áteresztő irány az, amikor az áram a katód
felé folyik az anódtól, azaz amikor az anód a telep pozitív pólusa felé néz, míg
a katód a negatív pólusa felé. Az ezzel ellentétes irányban lezár a LED. És
akkor világít, amikor átereszti az áramot. A 2.5 ábrán záróirányban van
elhelyezve a LED. Így nem világít.

A 2.6 ábrán a kapcsolási rajzon elhelyezett nyilak az elektromos áram irányát
jelzik. Az áramirányt ugyanúgy, mint a pozitív és negatív jelölést, történelmileg
önkényesen határozták meg így. Az áram tehát mindig a telep pozitív pólusától
folyik a fogyasztón át a negatív pólusa felé. Ma már tudjuk, hogy a negatív
töltésű elektronok pont fordítva haladnak, mint ahogy a 2.6 ábra nyilai mutatják.
Valójában azonban vannak pozitív töltéshordozók is, például a folyadékokban,
amelyek az áram irányában haladnak. A LED-ben is találunk negatív és pozitív
töltéshordozókat.

2.4 ábra: A LED és az ellenállás felcserélve

2.5 ábra: A LED záróirányban

A felépítéshez használjuk a szerelőlapot. A felső tápsínt kössük össze az elem

2.1 ábra: Kapcsolási rajz LED-el és előtét-ellenállással

pozitív pólusával, vagyis az elem-csat piros érintkezőjével. Az alsó tápsínt
kössük össze ennek megfelelően az elemcsat fekete érintkezőjével, azaz az
elem negatív pólusával. A felépítés így hasonló lesz a kapcsolási rajzhoz,
úgyhogy nem okozhat gondot a hibakeresés. Hajlítsuk úgy meg a LED és az
ellenállás kivezetéseit, hogy beleilljenek az érintkezőkbe. Némelyik
kivezetőhuzal a képeken le lett rövidítve a kísérleti áramkör jobb szemléltetése
érdekében. A kísérleteinkhez azonban ne rövidítsük le az alkatrészek
kivezetéseit, hogy az összes kísérlethez használhatóak maradjanak.

2.2 ábra: Az áramkör a szerelőlapon felépítve
Valószínűleg már az első kísérlet sikeres lesz. A LED erős fénnyel kigyullad.
Ha nem, keressük meg a hibát. Ha bárhol megszakítjuk az áramkört, nem
folyik tovább már áram. Vizsgáljuk meg tehát az összes vezetéket, és az
alkatrészek elhelyezkedését a szerelőlapon. Egy további hibalehetőség a LED
fordított behelyezése a lapra. Végül az elem is ki lehet merülve. Mindenesetre
megállapítható, hogy még nagyon öreg elemek is képesek halványan kigyújtani
a LED-et.
Próbáljuk meg másképp felépíteni az áramkört. Cseréljük fel a LED-et és az
ellenállást. Az áram ekkor előbb a LED-en folyik át, és utána az ellenálláson.
Az eredmény azonban azonos az előzővel. Tehát csak arról van szó, hogy mind
a három alkatrész egy zárt áramkörön belül van elhelyezve.

2.3 ábra: Felcserélt alkatrészek

2.3 Az áramerősség

Rakjunk be most az 1 kiloohmos ellenállás helyett egy 470 ohmosat (sárga,
ibolya, barna). A LED most sokkal fényesebben világít. Ez a nagyobb áram
bizonyítéka. A szabály a következő: minél nagyobb az ellenállás, annál kisebb
lesz az áram. Pontosabb számítások később.

• Vizsgáljuk meg az összes LED fényességét sorra

1 kΩ (barna, fekete, piros), 470 Ω (sárga, ibolya, barna) és 330 Ω
(narancs, narancs, barna) ellen-állással. Ne vegyünk azonban 330 Ω-nál
kisebb ellenállást, mert azzal ebben a kapcsolásban 9V-os elemmel túl
nagy áram folyhat, amely veszélyezteti a LED-et.

Az alkalmazott LED-ek számára 20 mA tartós áram van megengedve. Az
alábbi táblázat azt mutatja, hogy az alkalmazott LED tényleges árama az előtét-
ellenállástól függ. Részben kissé túllépjük a megengedett áramot. Ez azonban
rövid időre nem okoz problémát. Csak hosszabb túlterhelés esetén öregednek
gyorsabban a LED-ek, és elveszítik a fényerejüket.

2.1 táblázat: A LED árama 9V tápfeszültség mellett
ellenállás piros LED sárga LED zöld LED
330 Ω
470 Ω
1 kΩ

2.4 Jelzőlámpa nyomógombos kapcsolóval

Készítsünk a 2.9 ábrának megfelelő módon egy egyszerű nyomógombos
(pillanat-) kapcsolót egy lecsupaszított bekötőhuzalból. A kapcsoló nyitott
állapotában az áramkör szakadását jelenti. Ha azonban megnyomjuk a
kapcsolót, összekötjük a két érintkezőt, és zárjuk ezzel az áramkört. A huzal
rugóereje ismét elbontja az összeköttetést, ha felengedjük a nyomógombot. Az
áramkörben elhelyezett LED tehát csak addig világít, amíg nyomva tartjuk a
nyomógombos kapcsolót.

2.6 ábra: Az áram irányának a definíciója

2.7 ábra: Nagyobb fényesség kisebb ellenállással

2.8 ábra: 470 ohmos előtét-ellenállás

21,4 mA 21,1 mA 20,8 mA
15,1 mA 14,9 mA 14,7 mA

7,2 mA 7,1 mA 7,0 mA

magasabb feszültség már az áram jelentős növekedését eredményezi, ami
könnyen a LED tönkremenetelét okozhatja.

2.9 ábra: Egy kapcsoló készítése huzalból

Ez az áramkör jelzőlámpának használható különböző célokra. Elvileg a

2.10 ábra: Egy áramkör kapcsolóval

kapcsolást számos hír átvitelére is lehet használni morze-jelek segítségével. De
be kell vallani, hogy a morzézés kissé elavult már, és nem olyan kényelmes,
mint egy E-mail vagy a telefon. Azonban a morzézés fényjelzés útján a
kommunikáció egy vonzó módja lehet. Bizonyos gyakorlattal több mint 100
méter távolságból kicserélhetjük információinkat úgy, hogy aligha
hallgathatnak le mások.

3 LED kapcsolástechnika

Bár egyszerű művelet a megadott kapcsolást pontosan az ajánlott
alkatrészekkel felépíteni, de ahhoz, hogy teljesen kézben tudjuk tartani a
kapcsolástechnikát, ismernünk kell az elméletet is, és tudnunk kell pl. a
kapcsolásban szükséges ellenállásokat magunknak méretezni. Ez a fejezet ezért
együtt adja a szükséges elméletet és a szükséges kísérleteket. Kössük össze az
elméletet és a gyakorlatot, méretezzük és teszteljük tehát a saját
kapcsolásainkat is.

3.1 A diódaküszöb

Egy izzólámpával összehasonlítva egy LED nagyonis különös módon
viselkedik. Nemcsak azért, mert csak az egyik irányba folyik az áram, míg egy
izzólámpát bármilyen polaritással csatlakoztathatunk, hanem mert a
csatlakoztatott feszültség az áteresztő irányban is nagyon kritikus. Egy 6V/100
mA névleges adatokkal bíró kis izzólámpa nagy tűrést mutat a ténylegesen
csatlakoztatott feszültséggel szemben. Már 1V-tól kezdve elkezd alig láthatóan
sötétpiros fénnyel világítani. Majd a névleges feszültségnél világos, sárgásfehér
fénnyel világít. Ha rövid időre ennél nagyobb feszültséggel próbálkozunk, a
fény vakító fehérré válik. Még a 12V kétszeres feszültség sem teszi azonnal
tönkre az izzót, hanem csak néhány másodperc vagy perc múlva.
Teljesen más a helyzet a LED-ekkel. A 10-20 mA átfolyó áram melletti normál
feszültség kb. 1,8V. Ha 0,5 V-al 2,3 V-ra növeljük a feszültséget, a LED
feltétlenül kiég. És fordítva, a LED már egyáltalán nem világít, ha egy fél
volttal kevesebbet rakunk rá. Ha magasabb feszültség áll rendelkezésünkre,
egy ellenállás gondoskodik arról, hogy automatikusan éppen a helyes
feszültség kerüljön rá a LED-re.
Próbáljunk meg egy piros LED-et ellenállás nélkül egyetlen 1,5V-os telepről
táplálni. Mivel ez a feszültség éppen az alsó határon van, itt kivételesen
ellenállás nélkül is dolgozhatunk.

3.3 ábra: LED karakterisztikák

A diagram világosan mutatja a piros és a zöld LED különböző
küszöbfeszültségét. Így már az is világos, hogy miért világít még éppen a piros
LED, amikor a zöld már nem. A LED-kapcsolások méretezésekor normál
esetben előtét-ellenállásokat alkalmazunk, amelyeknek az a szerepe, hogy
definiált diódaáramot állítsanak be. Ha a 20 mA normál üzemi áramból
indulunk ki, akkor a 3.1 táblázatban látható feszültségek adódnak ki.

3.1 táblázat: a tipikus LED-feszültségek

3.2 Soros kapcsolás

Ha elegendően nagy a telep feszültsége ehhez, pl. 9V, két vagy több LED sorba
kapcsolható. Ekkor összeadódnak a diódák áteresztési feszültségei, úgyhogy
kisebb feszültség jut az előtét-ellenállásra. Egy piros és egy zöld LED-re jutó
feszültség 10 mA diódaáramnál 1,9V + 2,2V = 4,1V. Az előtét-ellenálláson
tehát 9V – 4,1V = 4,9V esik. Ahhoz, hogy tényleg 10 mA áram folyjon, az
ellenállás értékét megfelelően kell megválasztani.

R = U/I
R = 4,9V/10 mA

R = 490 ohm
A számítás többnyire a normál értékektől eltérő ellen-állást ad ki. Alkalmazzuk
ilyenkor a következő kisebb normál értéket, itt tehát 470 ohmot. Ebben az
esetben az áram csak csekély mértékben lesz nagyobb. Valójában alig
változnak meg a feszültségviszonyok a meredek diódakarakterisztikák miatt.

(rot = piros; grün = zöld)

a LED színe feszültség 20 mA-nél
piros 1,9 V
sárga 2,1 V
zöld 2,2 V

3.4 LED-ek sorbakapcsolása (zöld, piros)

3.1 ábra: Az alsó feszültséghatáron

3.2 Egy ceruzaelem közvetlen csatlakoztatása

Megállapíthatjuk, hogy a piros LED tényleg világít, ha nagyon gyengén is.
Vegyük most elő a zöld LED-et. Az eredmény: ez nem világít. Gyakorlatilag
egyáltalán nem folyik áram rajta keresztül. A sárga LED valahol a kettő között
van, 1,5V-ról rendkívül gyengén világít.
Mekkora áram folyik a különböző feszültségeken? A kérdésre egy adott
alkatrész karakterisztikája adja meg a választ. A 3.3 ábrán egy közös
diagramon láthatjuk a piros és a zöld LED kimért karakterisztikáját. Láthatjuk,
hogy csak egy bizonyos minimális feszültségtől, avagy a „küszöbfeszültségtől”
kezdve folyik észlelhető áram. Ha nő a feszültség, az áram is nő, és egyre
meredekebben. A méréseket a még éppen megengedhető 20 mA áramnál
megszakítottuk. De jól elképzelhető a karakterisztika további menete. Egy alig

3.5 ábra: Sorbakapcsolt piros és zöld LED

3.3 Kevés energia – sok fény

Gyakran jobb hatásfokot ad több LED sorbakapcsolása, mivel kevesebb
energia vész el az előtét-ellenálláson meddő hő formájában. A célnak tehát
annak kell lennie, hogy az előtét-ellenállásra minél kevesebb feszültség essen.
A 3.6 ábra egy lehetséges méretezést mutat be három, egy piros, egy sárga és
egy zöld LED-del. A közös diódafeszültség 1,8V + 2,1V + 2,2V = 6,1V. Az
előtét-ellenálláson még 2,9V esik. A 20 mA áramhoz tehát 145 ohmra van
szükség. De 220 ohmnál is még elég fényesen világítanak a LED-ek. A 20 mA
helyett itt
15 mA adódik ki. Ezzel az árammal még egy 9V-os tömbelemmel is elég
hosszú üzemélettartamot kapunk.

3.6 ábra: Soros kapcsolás három LED-del
(zöld, sárga, piros)