Stavebnice pro elektrotechniky s LED
Obj. č.: 19 22 98
Obsah
Strana
1. Úvod.................................................................................................................1
2. Seznam součástek a dalších součásti stavebnice....................................... 3
Součásti stavebnice.....................................................................................................................3
Baterie..........................................................................................................................................3
Svítivé diody (LED) ......................................................................................................................3
Odpory (rezistory) ........................................................................................................................4
Tranzistor jako zesilovač (spínač)................................................................................................5
Kondenzátory (elektrolytické).......................................................................................................6
3. Technologie obvodů spínací techniky se svítivými diodami....................... 6
Prahové hodnoty svítivých diod ...................................................................................................6
4. Schéma zapojení obvodu ............................................................................... 7
5. Nástroje a přístroje, které budete potřebovat k sestavení obvodu ............. 7
1. Úvod
Vážená zákaznice, vážený zákazníku,
velice nás potěšilo, že jste se rozhodla (rozhodl) pro koupi této stavebnice, která Vás nebo Vaše děti
zasvětí do tajů elektrotechniky LED a tranzistorů.
Sestavením této stavebnice získáte dekorativní svítidlo se žlutým světlem, které sále mění intenzitu jasu
jednotlivých blikajících LED. Žluté světlo šesti svítivých připomíná rotující světelné body. Toto svítidlo,
které uložíte do vhodné průhledné krabičky, můžete dále použít jako orientační či nouzové osvětlení
nebo jako zkoušečku baterií s jmenovitým napětím 9 V.
Tento návod k sestavení stavebnice je součástí tohoto výrobku. Ponechte si proto tento návod
k sestavení stavebnice a k jejímu použití, abyste si jej mohli kdykoliv přečíst.
Jestliže tuto stavebnici prodáte nebo ji darujete, předejte kupci nebo darovanému tento návod
k sestavení stavebnice a k jejímu použití.
6. Správné provádění pájení součástek ............................................................8
7. Pořadí osázení desky s plošnými spoji součástkami................................... 9
8. Otestování obvodu (osázené desky se součástkami)................................10
9. Příklady použití obvodu................................................................................11
Dekorativní osvětlení ve tvaru velkého brouka...........................................................................11
Zkoušečka napětí baterií (9 V)...................................................................................................11
2
2. Seznam součástek a dalších součásti stavebnice
Součásti stavebnice
• Deska s plošnými spoji
• 6 žlutých LED
• 3 křemíkové tranzistory NPN „BC547C“
• 3 odpory (rezistory) 2,2 kΩ
• 3 odpory (rezistory) 100 kΩ
• 3 elektrolytické kondenzátory 47 µF
• Klips (konektor) k připojení baterie s jmenovitým napětím 9 V
Dále budete potřebovat vhodnou páječku, cínovou pájku, štípací kleště a baterii 9 V.
Baterie
Odpory (rezistory)
Odpory (rezistory), které jsou součástí této stavebnice mají uhlíkovou vrstvu a toleranci ± 5 %. Jinak
jsou tyto odpory vyrobeny z keramické trubičky a jejich uhlíková odporová vrstvička je opatřena
ochranným nátěrem (lakem). Příslušnou hodnotu odporu a její přesnost (toleranci) poznáte podle
uspořádání barevných proužků na ochranném nátěru.
Odpor (rezistor) a jeho schématická značka
Hodnoty odporů s tolerancí ± 5 % odpovídají normované řadě E 24, přičemž každá dekáda zahrnuje 24
hodnot s přibližně stejným odstupem od sousední hodnoty.
Tabulka 1.1: Hodnoty odporů podle normované řady E 24
1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1,8 2,0 2,2 2,4 27 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
Barevné označení odporů proužky začíná prvním levým proužkem. První dva proužky znamenají dvě
číslice základní hodnoty odporu, třetí proužek představuje násobitel (multiplikátor) základní hodnoty
v ohmech (Ω) a čtvrtý proužek znamená toleranci.
Tabulka 1.2: Barevné označení odporů
Destičková baterie 9 V a její schématická značka
K otestování tohoto elektronického obvodu se svítivými diodami Vám doporučujeme používat obyčejné
(levné) zinko-uhlíkové baterie. Alkalické baterie mají sice dlouhou životnost, ale v případě zkratu hrozí
nebezpečí přepálení nebo přílišné zahřátí propojovacích spojů, neboť tyto baterie dokážou v těchto
případech dodávat proud až 5 A. Zinko-uhlíkové baterie dodávají v případě zkratu většinou nižší proud
než 1 A. Tyto baterie také dokážou zničit choulostivé součástky, ale při jejich použití nehrozí žádné
nebezpečí popálenin. Po odzkoušení tohoto obvodu použijte k jeho napájení alkalickou baterii.
Ke stavebnici přiložený konektor se dvěma kontakty je opatřen dvěma ohebnými lanky (červený a černý
kabel) s odizolovanými vodiči a je určen k připojení destičkové baterie s jmenovitým napětím 9 V.
Svítivé diody (LED)
Zkratka LED znamená „Light Emitting Diode“ (dioda emitující [vyzařující] světlo).
Tato stavebnice obsahuje 6 žlutých LED. U všech svítivých diod je nutné dodržet při jejich zapojování
správnou polaritu jejich vývodů.
Kratší vývod minus (–) přestavuje katodu a delší vývod plus (+) představuje anodu. Uvnitř svítivé diody
se nachází držáček ve tvaru pohárku, který přidržuje krystal, který je připojen ke katodě. Anoda je
připojena velmi tenkým drátkem k povrchu krystalu.
Dejte pozor na to, že na rozdíl od obyčejných žárovek nesmíte svítivou diodu připojit přímo ke
kontaktům baterie. K tomuto účelu se používá takzvaný předřadný odpor neboli rezistor.
Svítivá dioda a její schématická značka
3
Příklad označení rezistoru: Rezistor označený žlutým, fialovým, červeným a zlatým proužkem má
hodnotu 4700 Ω (4,7 kΩ) a toleranci ± 5 %.
Barva 1. proužek
1. číslice
2. proužek
1. číslice
3. proužek
Multiplikátor
4. proužek
Tolerance
Černá 0 1
Hnědá 1 1 10 1 %
Červená 2 2 100 2 %
Oranžová 3 3 1.000
Žlutá 4 4 10.000
Zelená 5 5 100.000
Modrá 6 6 1.000.000
Fialová 7 7 10.000.000
Šedá 8 8
Bílá 9 9
Zlatá 0,1 5 %
Stříbrná 0,01 10 %
4
Tato stavebnice obsahuje po třech rezistorech s následujícími hodnotami:
2,2 kΩΩΩΩ (červený, červený a červený proužek);
100 kΩΩΩΩ (hnědý, černý a žlutý proužek)
Rezistory s nižší hodnotou (2,2 kΩ) slouží k omezení proudu, který proudí svítivými diodami, a tím
i k nastavení základního jasu svítivé diody. Rezistory s vyšší hodnotou (100 kΩ) slouží ke snížení
proudu, který protéká bázemi tranzistorů.
Tranzistory
Tranzistory jsou elektronické součástky, které zesilují proud. Tato stavebnice obsahuje 3 křemíkové
tranzistory NPN „BC547“.
Tranzistor a jeho schématická značka
Vývody tranzistorů se nazývají emitor (E), báze (B) a kolektor (C). Prostřední vývod představuje bázi,
emitor se nachází na pravé straně a kolektor na levé straně tranzistoru.
Tranzistor jako zesilovač (spínač)
Výše uvedené zapojení znázorňuje základní funkci tranzistoru NPN. Každý tranzistor představuje dva
proudové okruhy. V řídícím proudovém okruhu protéká malý proud bází tranzistoru, v druhém
proudovém okruhu se zátěží (předřadný odpor a svítivá dioda) protéká vyšší proud kolektorem
tranzistoru. Oba proudy protékají společně emitorem tranzistoru. Protože je v tomto případě zapojen
emitor tranzistoru na společný referenční (vztažný) bod (k minus kontaktu baterie), nazývá se tento
obvod jako zapojení se společným emitorem.
Jakmile dojde k otevření tranzistoru (začne-li protékat proud jeho bází), pak začne tranzistorem protékat
zátěžový proud. Jako rozhodující faktor platí v tomto případě následující: Proud, který protéká bází
tranzistoru, musí být několikanásobně nižší než proud, který protéká kolektorem tranzistoru. Malý proud
protékající bází tranzistoru způsobuje zesílení, což se projeví několikanásobným zvýšením proudu, který
protéká kolektorem tranzistoru. Toto zesílení nazýváme zesilovacím činitelem tranzistoru. Tento
zesilovací činitel závisí na typu použitého tranzistoru a na jeho tolerancích. Tranzistor BC547 je vyráběn
ve třech verzích (A, B a C) se 400- až 800-násobným zesílením.
Odpor 100 kΩ, který je zapojen před bázi tranzistoru, má asi 45 x vyšší hodnotu než předřadný odpor
před svítivou diodou (2,2 kΩ). Tranzistor se chová v tomto zapojení jako spínač (spínací tranzistor). Mezi
kolektorem a emitorem tranzistoru je velmi malý úbytek napětí. Proud kolektoru omezuje vnitřní odpor
elektrického spotřebiče (zde předřadného odporu a svítivé diody) a tento proud nelze v tomto případě
dále zvyšovat. Jedná se takzvaný nasycený kolektorový proud, který způsobí úplné otevření tranzistoru.
Kondenzátory (elektrolytické)
K dalším důležitým součástkám v elektrotechnice patří kondenzátor, který se skládá ze dvou kovových
ploch (desek, svitků kovových fólií), které jsou od sebe odděleny izolační vrstvou (fólií, u starších
otočných neboli ladících kondenzátorů se používal k izolaci vzduch). Přivedeme-li ke kontaktům
kondenzátoru stejnosměrné napětí, vytvoří se mezi deskami kondenzátoru elektrické silové pole, čímž
se do kondenzátoru uloží elektrická energie neboli náboj. Kondenzátor s velkou plochou kovových
desek a s poměrně tenkou izolační vrstvou mezi oběma deskami (s malou vzdáleností kovových desek
od sebe) má velkou kapacitu. Jednotka této kapacity se nazývá farad (F).
Velmi velké kapacity mají takzvané elektrolytické kondenzátory, které používají jako izolaci velmi tenkou
vrstvu z kysličníku (oxidu) hlinitého. Uvnitř těchto elektrolytických kondenzátorů se nachází tekutý
elektrolyt a svitky hliníkových fólií s velmi velkou plochou. U těchto kondenzátorů musíte dodržet
správnou polaritu plus a minus jejich kontaktů. Při nesprávné polaritě protéká těmito kondenzátory
svodový proud, který ničí izolaci mezi oběma hliníkovými svitky a který může způsobit jejich zničení.
Příliš vysoké napětí (vyšší než jmenovité) může způsobit prasknutí kondenzátoru s následnou explozí.
Minus kontakt (-) těchto kondenzátorů bývá označen bílým proužkem a jeho vývod je kratší.
V této stavebnici se nacházejí tři elektrolytické kondenzátory 47 µµµµF / 25 V DC.
3. Technologie obvodů spínací techniky se svítivými diodami
Elektrolytický kondenzátor a jeho schématická značka
Je velmi snadné postavit zapojení podle předloženého schématu s doporučenými součástkami. Ale kdo
se chce skutečně vyznat v technologii obvodů spínací techniky, měl by si prostudovat teorii a dále si
například vypočítat hodnoty odporů, které bude potřebovat ke konstrukci určitého zapojení. V této
kapitole přinášíme „trochu teorie“, která se týká této tématiky a která „nikoho nezabije“. Spojte praxi
s teorií, navrhněte své vlastní zapojení a otestujte je.
S baterií a s obyčejnou vláknovou žárovkou (žárovičkou) můžete dělat jednoduché pokusy tak dlouho,
dokud nezačne žárovička svítit. Se svítivou diodou to tak jednoduché není, neboť jestliže ji připojíte
přímo k baterii, můžete ji okamžitě zničit. Se svítivou diodou musíte zacházet opatrněji. Důležité je
správné napájecí napětí, správná polarita kontaktů svítivé diody a vhodný předřadný odpor (rezistor).
Prahové hodnoty svítivých diod
Na rozdíl od obyčejné vláknové žárovky se chová svítivá dioda poněkud neobvykle. Nejen že svítivou
diodou protéká elektrický proud pouze jedním směrem (zatímco u žárovky polarita napájení nehraje
žádnou roli), je u svítivé diody rovněž rozhodující její napájecí napětí v propustném směru.
Malá žárovka s jmenovitými hodnotami 6 V / 100 mA vykazuje poměrně vysokou toleranci vůči
napájecímu napětí. Již od napětí cca 1 V začne vlákno takovéto žárovky slabě žhnout. Dosáhne-li
napájecí napětí této žárovky 6 V (jmenovité napětí), začne tato žárovka svítit žlutavě bílým světlem.
Vyzkoušíme-li nyní tuto žárovku napájet krátkodobě vyšším napětím, bude její vlákno svítit oslnivě bílým
světlem. Dokonce i dvojnásobné napájecí napětí 12 V tuto žárovku okamžitě nezničí. K přepálení vlákna
žárovky dojde až po uplynutí několika sekund nebo dokonce i minut.
Zcela jinak se chová svítivá dioda. Příklad: Normální napájecí napětí u červené LED, kterou prochází
proud v propustném směru 10 až 20 mA, má hodnotu přibližně 1,8 V. Zvýšíme-li toto napětí o 0,5 V na
2,3 V, dojde k přepálení diody. Snížíme-li napájecí napětí svítivé diody o 0,5 V na 1,3 V, pak se naopak
tato svítivá dioda vůbec nerozsvítí. Použijeme-li k napájení svítivé diody vyšší napětí než je její jmenovité
napětí, pak musíme předřadit před svítivou diodu vhodný předřadný odpor, který toto napájecí napětí
sníží na přípustnou hodnotu.
5
6
4. Schéma zapojení obvodu
6. Správné provádění pájení součástek
Oboustranná deska s tištěnými spoji této stavebnice je vyrobena z kvalitních skelných vláken, která jsou
vyztužena epoxidovou pryskyřicí. Tento materiál zaručuje, že se po provedení více pájení a odpájení
neodlepí z této desky měděné plošné spoje.
Otírejte pájecí hrot páječky pravidelně mokrým hadříkem nebo houbičku, kterou jste navlhčili vodou,
a udržujte jej stále čistý. Naneste nejdříve malé množství cínu na pájecí hrot. Tímto ochráníte pájecí hrot
před znečištěním a provedete snadno příslušná spojení.
Narovnejte ohnuté vývody součástek a zatlačte je opatrně do příslušných otvorů na desce s tištěnými
spoji. Poté proveďte připájení vývodů.
Při provádění pájení musíte současně ohřát měděný spoj na desce s tištěnými spoji, vývod součástky
a cínovou pájku. Pokud ohřejete pouze vývod součástky, na kterém se vytvoří perlička cínové pájky,
která se zcela neroztaví (nerozteče) na měděném plošném spoji okolo vývodu součástky, existuje
nebezpečí vniku takzvaných studených spojů. Tyto studené spoje vznikají při použití páječky s příliš
velkým (hrubým) hrotem a při rychlém ukončení pájení.
Toto zapojení představuje třístupňový oscilátor s posouvanou fází. Jedna vlna se stále šíří všemi třemi
stupni. Dolní pásmová propust (filtr), který tvoří rezistor 100 kΩΩΩΩ a elektrolytický kondenzátor 47 µµµµF,
určuje časovou prodlevu (zpoždění času), a tím i frekvenci (kmitočet) oscilátoru. Funkci přepínače
v tomto zapojení nahrazují elektrolytické kondenzátory, které se stále nabíjejí a vybíjejí.
Dohromady vytváří toto zapojení dojem rotujících (otáčejících se) svítivých diod. Obě LED, které jsou
připojeny k jednomu tranzistoru, vyzařují v příslušném okamžiku stejný jas. Toto je způsobeno tím, že je
proud emitoru příslušného tranzistoru stejný jako proud jeho kolektoru.
Na desce s plošnými spoji jsou tyto dvě LED umístěny proti sobě.
Odběr proudu tohoto zapojení závisí v tomto případě na použitých předřadných odporech (rezistorech).
S použitými odpory 2,2 kΩΩΩΩ protéká každou LED relativně nízký proud cca 2 mA.
S použitím baterie s jmenovitým napětím 9 V odebírá toto zapojení proud o hodnotě cca 5 mA. Alkalická
baterie 9 V s jmenovitou kapacitou 500 mAh dokáže napájet tento obvod nepřetržitě asi 100 hodin.
5. Nástroje a přístroje, které budete potřebovat k sestavení obvodu
Malou páječku o příkonu 15 až max. 40 W s jemným pájecím tužkovým hrotem a cínovou pájku
s maximálním průměrem 1 mm (trubičkový cín s kalafunou bez pájecího tuku, například pájecí cín pro
elektronické součástky „SN60 Pb38“).
Malé štípací kleště k odstřižení přebytečných a přečnívajících vývodů součástek a dále malé ploché
(jehlové) kleště nebo pinzetu k ohýbání vývodů a k přidržování součástek při pájení.
Dobré osvětlení a vhodný měřící přístroj (digitální multimetr).
7
Oboustranná deska s tištěnými spoji
Jednostranná deska s tištěnými spoji
Připájení vývodů součástek musí být čisté (lesklé) a musí mít kuželovitý tvar.
Správně provedený spoj Nesprávně provedený spoj
Oboustranná deska s tištěnými spoji
Jednostranná deska s tištěnými spoji
Protože se u této desky jedná o poměrně malé pájecí body, doporučujeme Vám k připájení součástek
použít páječku s tužkovým hrotem. Abyste docílili rovnoměrného ohřátí, nedotýkejte se pájeného místa
přímo špičkou pájecího hrotu. Ohřejte stranou pájecího hrotu současně vývod součástky a měděný spoj.
Přiložte na krátkou dobu k pájecímu hrotu trubičkovou cínovou pájku, dotýkejte se přitom pájecím
hrotem z boční strany vývodu součástky. Horký, roztavený cín se rozteče rovnoměrně na povrchu
pájené plochy. Jakmile oklopí roztavený cín zcela vývod součástky, vzdalte pájecí hrot od pájeného
místa. Rovnoměrné rozložení teploty a správnou teplotu roztavené cínové pájky poznáte u oboustranné
desky s tištěnými spoji protečením cínové pájky otvorem kolem vývodu součástky a roztečením cínové
pájky okolo vývodu součástky na druhé straně desky se součástkami.
Po provedeném připojení a po kontrole správné funkce obvodu odstřihněte (odštípněte) přečnívající
konce vývodů součástek štípacími kleštičkami.
8
7. Pořadí osázení desky s plošnými spoji součástkami
Připájejte k desce s tištěnými spoji součástky v následujícím navrženém pořadí. U svítivých diod
ponechte na straně osázení desky součástkami dlouhé vývody, abyste mohli tyto LED později ohnout
a vytvořit ze sestaveného obvodu tvar, který připomíná velkého brouka.
1.
Připájejte nejprve k desce s plošnými spoji 3 tranzistory BC547C „T1“ až „T3“.
2.
Připájejte k desce s plošnými spoji vedle tranzistorů odpory (rezistory) „R1“, „R3“ a „R5“. Tyto
rezistory 100 kΩ jsou označeny černým, hnědým a žlutým proužkem. Tyto rezistory musíte připájet
k desce s tištěnými spoji nastojato (nikoliv naležato).
3.
Připájejte k desce s plošnými spoji k jejímu okraji odpory (rezistory) „R2“, „R4“ a „R6“. Tyto
rezistory 2,2 kΩ jsou označeny třemi červenými proužky. Tyto rezistory musíte připájet k desce
s tištěnými spoji nastojato (nikoliv naležato).
4.
Připájejte k desce s plošnými spoji 3 elektrolytické kondenzátory „C1“ až „C3“ 47 µF správnou
polaritou jejich vývodů. Otvory, do kterých zasunete plus (+) vývody těchto kondenzátorů, jsou na
desce s tištěnými spoji označeny znaménkem „+“. Tyto vývody kondenzátorů jsou delší. Minus (–)
vývody těchto kondenzátorů jsou kratší a jsou na kondenzátorech označeny býlími proužky.
Osázená deska s plošnými spoji bez svítivých diod (LED)
9
5.
Připájejte k desce s plošnými spoji 6 žlutých svítivých diod (LED) „L1“ až „L6“ správnou polaritou
jejich vývodů. Otvory, do kterých zasunete minus (–) vývody (katody) těchto diod, jsou na desce
s tištěnými spoji označeny seříznutou plochou. Tyto vývody jsou kratší a jsou rovněž na diodách
označeny seříznutou plochou na spodní části jejich pouzder. Tyto LED můžete připájet k desce
s krátkými nebo s dlouhými vývody (které můžete později ohnout).
6.
Nakonec připájejte k desce červený „+B“ a černý kabel „–B“ konektoru (klipsu), ke kterému později
připojíte baterii s jmenovitým napětím 9 V (destičkovou baterii).
8. Otestování obvodu (osázené desky se součástkami)
Dlouhé vývody LED Krátké vývody LED
Připojte ke klipsu (konektoru) baterii s jmenovitým napětím 9 V. Na osázené desce s plošnými spoji by
se měly rozsvítit všechny LED a po uplynutí několika sekund by měly začít měkce blikat a měly by
průběžně měnit svůj jas. Pokud se toto nestane, překontrolujte všechna pájecí místa a zkontrolujte
polaritu připájených součástek.
Frekvence (kmitočet) blikání LED závisí na napětí k obvodu připojené baterie. Bude-li toto napájecí
napětí nižší, bude tento „blikač“ blikat pomaleji. Kromě toho tyto LED sníží při maximálním napájecím
napětí (9 V) svůj jas na polovinu. Při nižším napětí svítivé diody zcela zhasnou.
Nyní můžete toto zapojení vyzkoušet i s jinými napájecími zdroji (s bateriemi s napětím od 4,5 V).
Alternativně můžete též připojit do kladné větvě napájení (červený kabel) předřadné odpory (rezistory)
s maximální hodnotou 10 kΩ. Toto způsobí zpomalení frekvence blikání svítivých diod a sníží odběr
proudu z napájecí baterie (9 V).
10
9. Příklady použití obvodu
Dekorativní osvětlení ve tvaru velkého brouka
Pokud jste do desky s plošnými spoji připájeli svítivé diody s dlouhými vývody, můžete je ohnout podle
následujícího vyobrazení. Tím vytvoříte velký kruh, který bude připomínat velkého brouka. Položíte-li
poté tuto takto upravenou desku svítivými diodami na dřevěnou plochu, bude rozsvěcování (blikání)
a změna jasu svítivých diod vytvářet na tomto povrchu velmi zajímavé a dekorativní světelné efekty.
Zvláště pěkné světelné efekty docílíte s tímto obvodem, jestliže jej skryjete mezi husté listí pokojových
květin nebo rostlin (například ve skleníku). Toto jistě překvapí Vaše návštěvníky ve večerných hodinách.
Dále můžete použít toto zapojení k osvětlování vitrín, regálů nebo uměleckých předmětů či jako nouzové
osvětlení. Popusťte uzdu své fantazii, protože lze toto dekorativní svítidlo použít témě všude.
Zkoušečka napětí baterií (9 V)
Tento obvod můžete rovněž použít ke kontrole stavu nabití baterií 9 V. Vyzkoušejte toto zapojení
s novou (zcela nabitou) baterií a s velmi vybitou baterií 9 V. Pokud bude na baterii dostatečné zbytkové
napětí, budou žluté LED stále velmi jasně svítit a rychle blikat. Se snižujícím se napětím baterie budou
svítivé diody blikat stále pomaleji. Dejte přitom pozor na to, že zcela vybitá baterie může vytéci a vyteklý
elektrolyt může poškodit například nábytek nebo samotný obvod.
Tyto svítivé diody Vám mohou rovněž posloužit jako jednoduché zkoušečky napětí i jiných baterií nebo
akumulátorů než destičkových (s jmenovitým napětím od cca 4,5 V).
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. KU/11/2012
11
Loading...