Elektriskeemide mõistmine – komponendid

Tervitused Robotexilt.

Skeemisümbolite mõistmine võib tunduda arusaamatu – seepärast räägingi põhilistest skeemitähistest.

Ühendused elektriskeemidel. Vasakpoolsel pole juhtmed ühendatud, parempoolsel on.

Ühendused elektriskeemidel. Vasakpoolsel pole juhtmed ühendatud, parempoolsel on.

Elektriskeem on lihtsustatud joonis elektrilistest ühendustest. Asjad, mis on ühendatud joontega, peavad olema ühendatud ka multimeetri ühenduskontrolli jaoks. Joonisel ühendamata jalad/komponendid ei tohi olla ühenduses ka reaalsuses. Joonis on mõeldud elektriliste ühenduste mõistmiseks ja elektriskeemi planeerimiseks. Esimesed skeemid soovitan joonistada paberil ja hiljem saab sarnaseid joonistada spetsiaalsetes programmides näiteks: KiCad või Eagle.

Komponentide kõrval on enamasti kaks teksti – üks näitab komponendi väärtust, teine nime. Näiteks nimi R11 tähistab takistit nr 11. Komponentide väärtuste kirjutamisel kasutatakse tihti komakoha tähistamiseks SI eesliidet. Näiteks 4k7 tähistab 4.7 kilo ja 2R2 tähistab 2.2 Oomi. Lisaks, kuna enamasti on takistite väärtused suuremad kui 1 ja kondensaatorite väärused väiksemad kui 1 siis tähistus 22k tähistab 22 kilo-oomi ja 22p tähistab 22 pikofaradit ja tähistuses ei pea eraldi märkima kumma komponendiga on tegemist. Rohkemate jalgadega komponentidel on viigud enamasti nummerdatud.

Takisti sümbol

Takisti sümbol

Takisti – R

Takisti on kõige enamkasutatud elektroonikakomponent. Funktsiooni poolest piirab ta voolu, põletades selle soojuseks. Takisteid kasutatakse näiteks valgusdioodide ees voolu piiramiseks või heleduse sättimiseks, pingejagurite abil endale sobivate pingete tekitamiseks ja teiste komponentide kaitsemiseks.

Takisti sümbol on lihtsalt ristkülik, mille juures on märgitud takistus ja vajadusel ka teisi parameetreid (nt võimsus või täpsus). Kumba pidi kaks jalga ühendatud on, vahet ei ole.

Kondensaatori tähis

Kondensaatori tähis

Kondnesaator – C

Kondensaator toimib nagu pisikene aku. Võimalusel salvestab enda sisse energiat ja vajadusel annab seda välja. Kasutatakse signaalide ja liinide silumiseks ning võnkuvate signaalide tekitamiseks.

Sümboliks on kaks paralleelset joont. Need sümboliseerivad kahte plaati, mille peale laeng koguneb, nagu sümbolist arvata võib ei lase kondensaator (alalis)voolu läbi. Elektrolüüt ja tantaalium kondensaatorite puhul on tähtis, mis pidi ühendada. Siis on positiivne pool tähistatud pluss märgiga.

Valgusdioodi tähis

Valgusdioodi tähis

Diood – D

Diood on kõige lihtsam aktiivkomponent. Diood laseb voolu läbi ainult ühte pidi – noolega tähistatud suunas. Kasutatakse vahelduvvoolu alalisvooluks muutmiseks ja valgusdioodide puhul – valguse tekitamiseks.

Sümboliks on kolmnurk ja kriips. Valgusdioodidel on lisatud kiirguse eritumist tähistavad noolekesed. Valet pidi ühendudes midagi halba juhtuda ei tohiks.

Bipolaar ja välja tranasistor

Bipolaar- ja väljatranasistor

Transistor – Q

Transistor on komponent, mida kasutatakse võimendamiseks – suure võimsusega asjade lülitamiseks väikeste vooludega ja võnkuvate signaalide tekitamiseks. Olemas on erinevaid transistoreid – näiteks bipolaar- ja väljatransistor, mille sümbolid on veidi erinevad.

Sümbol koosneb enamasti ühest juhtviigust – näiteks baas või värav, ja kahest viigust, mille vahelist ühendust juhitakse. Kuna komponendil on vähemalt kolm jalga siis peab hästi tähele panema, mis kuhu ühendatakse ja väga tihti õnnestub maagiline suits välja lasta.

Operatsioonivõimendi

Operatsioonivõimendi

OperatsioonivõimendiU

Operatsioonivõimendit kasutatakse tihti transistorite asemel, nende paremate omaduste pärast. Kuna võimsus, hind ja keerukus on halvemad, kasutatakse tihti ka transistoreid. Operatsioonivõimendid on kasulikud täpsete signaalide võimendamiseks või võrdlemiseks.

Sümbol koosneb suurest kolmnurgast, millel on kaks sisendit: üks positiivne, teine negatiivne. Lisaks on kolmnurga ülal ja all toitejalad. Füüsiliselt on tegemist kivi/kiibiga.

Mikrokontroller ATmega32U4

Mikrokontroller ATmega32U4

Mikrokiip – U/IC

Mikrokiibid võivad teha ükskõik mida: juhtida mootoreid, olla mikrokontrollereid, võimendid ja veel miljon asja. Kuna erinevaid kiipe on nii palju, siis on need enamasti tähistatud lihtsalt suure kastiga, mille küljes on vajalik kogus tekstiga tähistatud viikusid.

Pingeline olukord, peaks voolu takistama… aHaaSild!

Meeldivat laupäeva hommikut kõikidele lugejatele!

Kui mõned inimesed ehk on selle lihtsa 555 timeriga vilkuva skeemi kokku pannud siis loodan, et see tekitas rohkem küsimusi, kui minu postitus vastas. Täna võiks ehk rääkida natukene teooriat ja teha skeemi mis annab võimaluse mootoreid juhtida. Järjekordselt ma skeemis olevatele komponentidele nii palju ei keskendu kui et räägin ühest mõttest, mis loodava skeemi juures tähtis on ning samal ajal pakun maagiliselt töötava elektroonikaskeemi ning tutvustan hunnikus asju, millest kõigest ei pea kohe aru saama.

Esimene asi millest on vaja kõigile elektroonikaga algajatele rääkida on  järgnev pilt:

Voolu, takistuse ja pinge illustratsioon

Oomiseadus

Eelnev pilt on minu teada parim illustratsioon pingest (voldid) voolust (amprid) ja takistusest (oomid). Nagu näha, on pinge potensiaal. See mis sunnib voolu liikuma(elektronid). Oom, ehk takistus on aga tegelane kes takistab voolu ning selle peale jääb üle pingel vaid voolu edasi suruda üritada.

Kui rääkida nüüd natukene arvutuslikust poolest siis pinge, vool ja takistus on oma vahel väga lihtsas suhtes. I = U/R. Eelnevas valemis on I vool (kujutage ette sirget laia jõge, milles voolab palju vett), U on pinge (näiteks võib mõelda teraspulgast mida üritatakse painutada, ja mis selle tõttu on suure pinge all) ning R on takistus nagu jõgi mis mõnest kohast laieneb ja mõnes on kitsam. Pean kohe tunnistama, et igale inimesele on meelde jätmiseks erinevad meetodid, kuid koolifüüsika tunnis, kui ma veel elektroonikast midagi väga ei teadnud ega hoolinud, olid välja toodud seosed just need, millega ma oskasin arvutusi teha. Kuidas näidatud valemit täpselt kasutada, demonstreerin ma kunagi hiljem. Läheme edasi väikeste sammudega ja jätke meelde, et kui teate kahte elementi saate alati arvutada kolmanda. (Tahame teada palju voolu juhtmes liigub? võtame juhtme takistuse ja pinge mis juhtme otstele rakendatakse ning arvutame jagamisvalemiga. Tulemuseks saame teada kas juhe üldse sobib meie ülesandeks).

Nüüd aga tänasest projektist.

Kui eelmine kord oli sissejuhatav projekt ehk natukene igav. Siis sel korral võiks teha midagi, millega saab mootorit kontrollida sest elektroonika on alati põnevam, kui seda mehhaanikaga kokku panna.

Tilden H-sild

Esimene suur erinevus mida te selles skeemis näete on komponentide reaalse kuju ja olemuse välja joonistamine. Siin on TO-92 pakendis olevad Bipolaar transistorid (NPN ja PNP) mis võimaldavad mootorist läbi juhtida voolu mõlemas suunas.  M tähega on märgitud mootor, uF väärtusega komponent on kondensaator. Takisti on joonistatud läbiaugu takisti kujuga jalgade poolt vaadatuna ning isegi takisti värviribad (küll mustvalgelt) on ära märgitud. Värviribad on muuseas läbiaugu takistite väärtuse märkimise meetod. Lisaks tasub tähele panna transistorite kohal olevat + märki, mis on positiivne toide ning transistorite all ennem kondensaatorit olevat märki, mis on patarei miinus või maa ühendus.

Seda skeemi võite te kokku laduda nii prototüüpimise plaadi peal, asetada selle makettplaadi peale või joota kokku. Muuseas, see mida ma nüüd näitan on väga halb mõte, ning seda tasub igal juhul vältida. Kuigi see pole just palju ohtlikum kui nõelakarpi näppima minna.

Selliste suurte jalgadega komponentide korral on vägagi võimalik kasutada huvitavat jootmismeetodit nagu seda on p2p jootmine. (point to point. Number kaks tuleb, kuna inglise keeles two kõlab väga sarnaselt to-le).   Arvestage aga sellega, et tehes nii nagu oli vilkuva LED-i kokku jootmine säästate palju komponente ning närve! PS, skeemi jupid maksavad alla euro. Täna käisin just Tallinna Distrelec-i poes neil järel ning patarei maksab rohkem kui vajalikud jupid.

Putukas

Nagu on näha, siis selline skeemi jootmise meetod võib putukaid mitte sallivatel inimestel palju ebameeldivust tekitada.

Töökäigus.

 

Niisugune näeb välja valmis skeem.

Muud siin ei olegi, lihtsalt painutada jalgu, ühendused joota ning multimeetriga lühiseid testida. Eeldtoodud skeem töötas mul juba esimesel korral. Nii lihtne see ongi.

Lisaks nagu näete on sellel skeemil 2 takistit. Kuna transistor on vooluga juhitav seade, siis peab kuidagi kontrollima milline vool jõuab transistori sisemusse, et võimenduda ja skeemi tööle panna. Täpsemalt räägin transistoritest ja muust vajalikust kunagi tulevikus. Täna olen juba piisavalt hoogu läinud.

lühisekindlus.

Niisugune on mootorit kontrolliv skeem mis ei lähe naljalt lühisesse(kuumliim aitab alati). PS positiivsed kontakt on ees, aga liim peidab seda natukene, mootori toite maandust on näha taga valge ja oranži juhtme vahel välja turritamas.

Kõike paremat ja loodan, et kellelgi igav ei ole!

Projekti tööle sundimine

Eeldatavasti jälgisite te Markuse eelmise nädala postitust. Tõenäoliselt peale kokku jootmist ja patareiga ühendamist ei hakanud LED vilkuma. Super! See oligi eesmärk. Kui see mingil segasel põhjusel ikkagi hakkas tööle, siis on see projekt raisus ja on aeg uus leida. Elektroonikaga, nagu ka väga paljude teiste aladega tegeledes, on väga tähtis probleemide ülesse leidmine. Seda tehes õpibki kõige rohkem. Kui skeem töötab siis on protsess lõppenud, kui ei tööta siis on vajadus lugeda, õppida ja harjutada.

Multimeeter

Multimeeter

Esimene tööriist, mida vajad skeemi testimiseks on multimeeter. Sellega saab mõõta pinget, takistust, voolutugevust ja muud vajaliku. Suvalisest elektroonikapoest saab sellise vähem kui 10 € eest, või internetist tellides veelgi odavamalt. Multimeetriga töötades pead keerama nupu soovitud mõõteala peale. Näiteks patarei pinget mõõtes 20VDC alale.

Esimese asjana tasub teha plaadile visuaalne ülevaatus. Lihtsalt silmaga üritada leida vigu jootmises või puuduvaid komponente.

Silmaga leitav külmjoode, mis ootab parandamist.

Silmaga leitav külmjoode, mis ootab parandamist.

Seejärel esimene reegel: Kui midagi ei tööta – mõõda pingeid. Antud projektil tasub mõõta patarei pinget enne kasutamist, et veenduda patarei täis olekus. Seejärel mõõta pingeid otse kiibi jalgade pealt. Skeemist saab välja lugeda, et 1. jalg peaks olema maandus ning, 4. ja 8. on patareiga sama pinge peal. Selles veendumine on alati hea esimene samm.

Komponentidest suitsu välja saamise vältimiseks mõõda enne pingeallika(patarei) külge ühendamist takistust ühendusklemmide vahel. Takistus peaks kindlasti olema suurem kui mõni kilo oom. Kui takistus on pigem 5 Ω või 0 Ω siis on kuskil plaadil lühis, mida peaks peale vaadates otsima. Kui komponentidest on juba suitsu välja lastud, või neile lihtsalt viga tehtud, on mõistlik nad plaadi küljest lahti joota, minema visata ja uus osta. Sealt ka reegel – osta asju tagavaraga. Kui kõik pinged paistavad korras ja vool jõuab komponentideni, kuhu ta peaks jõudma, tasub hakata komponente ükshaaval üle vaatama. Peale patarei lahti ühendamist mõõta üle kõik takistid, et veenduda nende numbrite korrektsuses.

Eriti kasulik tööriist on multimeetrite pidevusemõõtja. Tavaliselt on see tähistatud kriipsukestega või kõlari pildiga. Kui multimeetri otsad on elektriliselt omavahel ühendatud, siis multimeeter piiksub. See on väga kasulik testimise eelviimaseks osaks – kõikide jootekohtade õigsuse kontrollimises. Selleks kontrollida üle kas kõik komponendijalad, mis on skeemi peal ühendatud, on ka reaalsuses ühendatud. Ja kõik ühendamata osad oleksid seda ka reaalsuses.

Tinasild ebavajalike komponentide vahel on sage põhjus skeemi mitte töötamises.

Tinasild ebavajalike komponentide vahel on sage põhjus skeemi mitte töötamises.

Kui kõik eelnev ei ole kandnud vilja, siis on aeg kõige huvitavama osa juures – komponentide kohta lugemise. Markuse eelmise projekti puhul tasub alustada näiteks (kahjuks ingliskeelses) - 555 taimeri artiklist. Tihti võib komponentide kohta pikemalt lugedes välja tulla, et tegemist on täiesti valedega ja tihti leiab ka lahedaid uusi mikroskeeme, mida hiljem kasutada.

Rõõmsat vigade otsimist teile ja loodetavasti ei tööta mitte ükski teie projekt esimesel korral.

Tere maailm! Elektroonika versioon.

Tervist,

Täna on paras aeg hakata päriselt projektidest ja elektroonikadisaini põhimõtetest rääkima.

Selleks, et seda skeemi ise proovida, on tarvis mõningaid komponente. Kõige mugavam on selliseid standard komponente osta Oomipoest, kuid elektroonika disainiga tegeledes muutub Oomipood peagi kohaks, kust saab mõnda regulaatorit vajaduse korral kiirelt. Selleks, et huvitavamaid komponente saada ja siis kui tehakse juba päris tootmise disaini, tuleks vaadata Jaanuse eelmist postitust.  Lisaks eeldan, et ennem kui keegi hakkab järgnevat skeemi kokku jootma või laduma, on ta läbi lugenud minu jootmise juhendi.

555 taimer astabiilne

Nüüd aga skeemide juurde!

Nagu on eelneva pildi pealt näha, siis paberil (või ekraanil) ei ole kuigi tähtis et komponendid oleksid samasugused nagu nad päriselus on (kas keegi on näinud patareid, mis koosneb paarist kriipsust?) küll aga on väga tähtis et skeem oleks selgelt loetav, üheselt mõistetav ning sisaldaks võimalikult palju vajalikku informatsiooni. Kui juhtub nii, et üks elektriline ühendus peaks minema teisest üle, siis näete ristumiskohtades mummusid. Kui mummu on, siis on seal 3 või enam ühendust kokku ühendatud, kui aga mummu puudub, siis on lihtsalt tegemist visuaalsete teede ristumisega, kus elektrilist ühendust ei ole.

Need kolm kasti mis skeemist esimesena silma jäävad ning millel on juures mingi number ja k on takistid. Takisti üldiseks ülesandeks on voolu piirata, kuid õnneks ei ole tegemist sugugi nii igava seadmega. Kes soovib täpsemalt teada saada, mida teeb takisti, vajutagu eelneva hüperlingi peale, kuid kunagi räägin ka siin sellest rohkem.

Takistid mida selles skeemis kasutatakse on suurustega 680 kilo-oomi, 10 kilo-oomi, 1 kilo-oom (kilo tähendab tuhandet seega 1 kilo-oom on võrdeline 1000 oomiga).

Teiseks on näha komponenti, kus on juures 10 µF. See on polaarne kondensaator. Kondensaatori jaoks võib tuua paralleeli vee-torniga. Tegemist on energia mahutiga, kuhu saab energiat (laengut) salvestada, ning vajadusel annab see jälle energiat välja. Nagu väikene patarei, aga mitte päris. Polaarne kondensaator peab olema toite suhtes alati õiget pidi. Ehk siis skeemi peal on näha väikest pluss märki, kui see panna maandusesse ja maandus toite peale, siis on vägagi tõenäoline, et kondensaator muudab oma kuju ning ka mõne osa asukohta nii, et järgi jääb mürgise suitsu pilv.

Lisaks on näha suurt kasti tekstiga 7555 timer ning lisaks veel palju numbreid. Need numbrid, mis külgedel on markeerivad selle kiibi (ükskõik milline 555 timer. Näiteks sobib väga hästi NE555 või LM555) jalgu. Nüüd esimene tähtis asi, millega keegi kindlasti vea teeb, on jalgade lugemine. Jalg number üks on alati kuidagi markeeritud, kuid mõnikord leiate täpi, mõnikord hoopis kriipsu kiibi külje pealt, kus see asub. Jalgade järjekorra lugemine käib kiipidel pealt poolt vaadates alati vastupäeva ning üldiselt algab alumise rea vasemalt poolt.

Lisaks on veel 2 komponenti. Esiteks LED e valgus diood mis on põhimõtteliselt ühesuunaline ventiil millest voolu läbi liikudes tekib valgus (see kolmnurk kriipsu ja noolekestega. Kolmnurk on nagu noolekene suunas, kus vool saab liikuda ning kriipsukene näitab, et teist pidi vool liikuda ei saa. Väikesed noolekesed näitavad, et eraldub valgus.  Sügavamast teooriast ma hetkel rääkima ei hakka, kuna LED üksinda võtaks hea 4-5 postitust.). Teiseks on näha toiteallikat (kuhu on märgitud 4,5 V.) See näitab millise pingega toidetakse skeemi. Selles kohas on hea ette kujutada patareid. Pidage silmas, et skeemil on peaaegu alati üleval toite positiivne pool ning all toite neutraal (GND). Kunagi räägime voolu ja pingeallika erinevusest ja kõigest muust põnevast. Sel korral üritaks aga midagi kokku panna!

Nüüd kui on lootus, et saate kuidagi  moodi aru mis komponendid on skeemis ning kuidas neid ühendama peab, oleks paras aeg näidata mida see skeem teeb!

555 timer astable pealtvaade

555 timer astable põhjavaade

See mis te kahel eelneval pildil nägite, oli reaalselt sama skeem kuid kokku joodetud kujul. See võiks väga kenasti selgitada, miks on tarvis skeemi esitamiseks lihtsaks teha :)

Selleks, et seda skeemi ise tööle panna, tuleb leida aku (9 V korona koos patareipesaga või 4  AA patareid koos patarei pesaga), vajalikud komponendid (näha skeemis) ning juhtmed, breadboard või protoboard ühendused näeb sammuti skeemi pealt. Minu tööle pandud skeem, mida videos näha sai, sai testitud pingetega 3 V – 10 V ning kõik töötas kenasti. Lisaks ka üks teine hoiatus eelnevale lisaks. Iga kondensaator omab pinge piiri, millest kõrgema korral ta võib samamoodi plahvatada nagu valet pidi ühendades. Soovitan kasutada minimaalselt 16 V kondensaatorit. Väga hea on kasutada midagi sellist.

Lisaks on muidugi vaja lõiketange, jootekolbi, peenikese otsaga tange, pintsette ja kasuks tuleb ka toiteplokk, kuid nendest tööriistadest räägin kunagi hiljem. Hetkel peaks postitus juba niigi liiga pikk olema.

Ohutut katsetamist ning õppiga iga päev midagi uut!