Joonistame skeemi

Kui on arusaam elektroonikakomponentidest, siis tekib tahtmine neid joonises kasutada. Joonistamiseks on palju põhjuseid ja võimalike viise. Näiteks meelde jätmiseks, idee välja joonistamiseks, simulaatoris testimiseks või sõbrale näitamiseks. Levinumad skeemi valmistamise viisid on paberi peale kritseldamine, simulaatorites testskeemide joonistamine ja trükkplaadi tegemise tarkvarades (nt. KiCad) disainimine.

Toite olemasolu näitav LED toitepinge ja maanduse tingmärkidega.

Toite olemasolu näitav LED toitepinge ja maanduse tingmärkidega.

Alustama peaks kõige huvitavamast või keerulisemast skeemi osast (enamasti need kattuvad). Näiteks 555 kiibiga LEDi vilgutavas skeemis on mõistlik esmalt joonistada kiip. Teisena märkida takistid ja kondensaatorid, seejärel LED(id) ja viimasena pistikud. Keerukamaid skeeme joonistatakse osade kaupa. Toiteskeem teha ühtse üksusena, muu teisena ja viimasena üksuste vahelised ühendused. Üldiselt joonistatakse skeemi vasakult paremale. Vasakult tuleb elekter ja signaalid sisse, paremalt lähevad välja. Maanduse tähised märgitakse otsaga alla poole ja toitesignaalid otsaga üles poole.

Kui skeem on välja mõeldud ja joonistatud, tasub see veelkord üle vaadata. Esimene versioon on mustand, millesse peaks ka nii suhtuma. Et asi oleks selge ka järgmisel päeval tasub see korralikult vormistada. Paberile joonistatud skeemide mustandid tasub korralikult puhtandile joonistada või kasutades tarkvara, komponendid selgelt paigutada. Ei maksa ka karta seletavate tekstide lisamist.

Lisan ka Joel Kuuse koostatud elektroonikaskeemide vormistamise juhendi, mille järgmine muudab joonistustest arusaamise tunduvalt lihtsamaks.

Võtame patendi peale!

Rääkides elektroonikast ja ka muudest tehnoloogia aladest on enamus inimeste esimene reaktsioon oma suvalisele ideele – võtan patendi peale ja saan rikkaks. Kuna aga see süsteem päris nii lihtne ei ole, siis seletan asja tavainimese vaatepunktist, lükates üldlevinud arusaami ümber.

Patent annab mulle kasu

Patent annab õiguse kopeerijaid kohtusse kaevata. Kõik, midagi muud patent ei tee. Ehk siis selleks, et patent üldse kunagi kasulik oleks peate te pidevalt kõiki kohtusse kaevama ja võitma. Kuna kohtus käimine on pikk ja tüütu tegevus, siis järelikult peab kasu lõikamiseks olema palju patente, palju advokaate.

Patent kaitseb mind

Patent ei kaitse kedagi. Isegi kolossaalsete firmade nagu Apple tooteid kopeeritakse iga päev tuima näoga Hiinas. Keegi ei saa midagi teha. Leides tõesti kedagi, keda kohtusse kaevata võib vastaspool tõendada, et antud teave on loogiline iga selle alaga tegelejale. See muudab patendi kehtetuks. Lisaks on vaja igas riigis eraldi patent saada ja seda hoida – ei kõla üldse meeldiva ajaviitena.

Miks siis patentid head on?

Hetkel enam väga ei olegi. Ainus mille jaoks neid tänapäeval kasutatakse on suured patendilahingud rivaalitsevate suurkorporatsioonide vahel. Sealgi saab kannatada ainult maine, raha ei huvita tegelikult kedagi.

Mida siis teha? – Jagada!

Eestlastele on omane kõik välja mõeldu ja valmistatu endale hoida – äkki läheb vaja. Tegelikkuses ei lähe enamus asju kunagi vaja, lisaks mitte miski ei kaitse kopeerimise eest. Enamikke lihtsamaid esemeid saab järgi teha kasutades fotot ja keerulisemaid lahti kruvides. Kui sinu leiutised midagi väärt on, siis põhjus miks keegi neid ostab, peaks olema usaldus sinu ja toote vastu. Monopolid ei meeldi kellelegi. Reaalsuses tuleb jagamisest palju suuremat kasu – tutvusi ja usaldust.

Sinu tehtud asjadest on teistel kasu! Jagades teed kõigi elu lihtsamaks. Lisaks jagavad siis ka teised. Kõik elektroonikaprojektid, millega olen lõpuni jõudnud (valmis, alla andnud, ei tööta) olen üritanud ülesse pildistada ja internetti riputada. Mina ei kaota sellest midagi ja paljudel teistel on huvitav lugeda.

Creative Commons Autorile viitamine + Jagamine samadel tingimustel

Creative Commons Autorile viitamine + Jagamine samadel tingimustel

Litsentsid

Samas ei taha, et keegi lihtsalt sinu töö ära võtab ilma sind isegi mainimata. Selle jaoks on olemas litsentsid. Kogu isiku tehtud töö loetakse tema omandiks. Näiteks selle blogi sisu või piltide kopeerimine on hetkel keelatud ja karistatav seadusega. Nüüd ma ütlen, et kogu selle blogi sisu on CC BY-SA litsentsiga kaetud. See tähendab, et peale selle lõigu avaldamist tohid sa kõike kopeerida, jagada (eeldusel, et originaalautorid on mainitud originaalautoritena) ja isegi müüa (eeldusel, et originaalautorid ja pärinemiskoht on vastavalt välja toodud).

Riistvara (elektroonika, mehhaanika) jaoks on olemas midagi sarnast – Avatud Riistvara (open source hardware). Litsentsil on põhimõtteliselt samad tingimused, nagu CC BY-SA-l kuid veidi rohkem riistvaraspetsiifilised. Lisaks saab oma projektidele panna kena hammasrattaga logo, mis näitab, et sa pole kitsi.

 

Virtuaalne elektroonika

Peale paari väiksemat projekti on lihtne märgata, et iga väikese idee järgi testimine füüsilises maailmas on tülikas. Lisaks on tihti raske aru saada, mis siis ikkagi täpselt juhtus või ei juhtunud. Selle jaoks on olemas simulaatorid. Professionaalsete simulaatorite kasutamist õpetatakse on ülikoolides terve semester, aga õnneks on olemas ka lihtsamaid ja igapäevaselt kasutatavamaid.

Üks kõige mugavamatest on ingliskeelne Falstadi simulaator. Selle kasutamiseks minna lehele:

http://falstad.com/circuit/

Ette peaks hüppama Java rakendus, kus on näha mõnda komponenti. Lisaks eelnevas artiklis mainitud komponentidele on näha ka induktiivpooli, pingeallika ja lüliti sümboleid.

LEDi vilgutaja Falstadi simulaatoris

LEDi vilgutaja Falstadi simulaatoris

Ei tasu seda kartma hakata vaid sorida menüüs “Circuits”, kust leiab väga palju häid näidisskeeme. Lisaks muule ka esimese LEDi vilgutamise projekti simulatsiooni (555 Timer Chip -> Square Wave Generator).

Falstadi simulaatoris on skeemidel pinge tähistatud rohelise, musta ja punasega. Positiivse pingega komponendid ja ühendused on rohelised, maandatud komponendid mustad ja negatiivsed punased. Liikuvad kollased täpid tähistavad voolutugevust. Vaadates negatiivseid ja positiivseid pingeid ja voolavat voolu on jälle paremini selge, mis skeemis toimub.

Ekraani all servas on graafikud, kus näidatakse erinevate skeemiosade omadusi ajas. neile hiirega peale liikudes hakkab helendama skeemi osa mida antud graafik mõõdab.

Lõbusam osa simulaatorist on see, et kõike saab töötamise ajal ringi lohistada, paremapoolse hiirevajutusega maha kustutada ja siis parempoolse hiirevajutuse menüüst uusi komponente valida ja joonistada. Olemasolevaid komponentide suurust saab muuta Ctrl + venitamisega.

 

Nüüd olen ma välja rääkinud elektroonikuks saamise saladuse – mängi falstadiga.

Pütid ja liiv su trükkplaadil

Kogu füüsiline elektroonika koosneb erinevast pudist trükkplaatide peal. Tegemist on pakendatud elektroonikakomponentidega. Siin on põhilised pakendid ja nende kasutuskohad. Pakenditeks nimetatakse neid seepärast, et tegelik funktsionaalne ränist ristkülik on pakendatud nende sisse.

Kõigil pakenditel on klaasist, plastmassist, keraamikast või metallist korpus ja kaks või rohkem ühenduskohta. Ühenduskohad võivad olla metallist eenduvad jalad, pakendi peale joonistatud jootepadjad või pakendi all olevad tinapallid.

Enamus alguses kasutatavatest komponentidest on suured ja jalgadega, mida kauem elektroonikaga tegeleda seda väiksemaks muutuvad komponendid ja nende jalad.

 

Pindmonteeritavad (0603, 0805, 1206) ja aukmontaaž (0,25 W ning 5W) takistid

Pindmonteeritavad (0603, 0805, 1206) ja aukmontaaž (0,25 W ning 5W) takistid

Takistid

Jalgadega takistid tunned ära triipudega värvikoodi järgi. Värvuse poolest leidub nii pruune, helesiniseid kui ka muid värve. Neid eristatakse suuruse järgi ja igale suurusele vastab mingi võimsus. Enimlevinud on veerandvatised (0,25 W), aga on olemas nii väiksemaid kui suuremaid.

Uuematest disainidest leiab liivatera stiilis kuubikuid. Sellised takistid on enamasti musta värvi ja valgega on peale kirjutatud nende väärtus. Nende enamlevinud suurused on 0603, 0805 ja 1206. Kus esimesed kaks numbrit tähistavad komponendi pikkust tuhandiktollides ja teised kaks laiust.

 

Keraamilised (0603, 1206, ketta kujuline), tantaalium (D pakk) ja elektrolüüt kondensaatorid

Keraamilised (0603, 1206, ketta kujuline), tantaalium (D pakk) ja elektrolüüt kondensaatorid

Kondensaatorid

Kondensaatorid jagunevad oma materjali poolest mitmeks. On olemas oranžides toonides keraamilised kondensaatorid. Jalgadega versioonid tavaliselt ketta kujulised ja pindmonteeritavad samasugustes kuupides nagu takistidki, lihtsalt oranži/pruuni värvi ja ilma kirjadeta.

Tantaal kondensaatorid on ka enamasti oranžid suured risttahukad. Neil on positiivne pool tähistatud musta triibuga. Eksisteerivad ka standardset pakendi nimed stiilis A pakk, C pakk jne. Sellest ingliskeelset tabelist leiab nende täpsed mõõdud.

Suurte mahutavuste jaoks vajalikud elektrolüütkondensaatorid on metallist keeratud väikesed pütid. Negatiivne pool on tähistatud valge triibuga mille peal on miinusmärgid. Liigitatakse neid lihtsalt diameetri ja kõrguse järgi.

 

Dioodid: SOD80/MiniMELF ja kaks aukmonteeritavat

Dioodid: SOD80/MiniMELF ja kaks aukmonteeritavad

Dioodid

Dioodid on enamasti pakendatud klaasi või musta plastikusse, vanemad ka metalli. Neil on katood tähistatud musta triibuga.

Kolme jalaga pakendid: TO92, TO220, SOT23, SOT223, DPAK/TO252

Kolme jalaga pakendid: TO92, TO220, SOT23, SOT223, DPAK/TO252

Kolme jalaga komponendid

Väga paljud komponendid elektroonikas on kolme jalaga. Igapäevasemalt kõiksugu transistorid ja pingeregulaatorid, aga ka dioodid ja spetsiifilisemad komponendid. Selliste komponentide puhul peab juba hoolikalt tähele panema jalgade nummerdust.

Õnneks on enamus kolme jalaga komponente vähem kui kümnes erineva kujuga pakendis, millest enamlevinumad on välja toodud ka pildi peal.

Mikrokontrollerid erinevates pakendites: DIL28, SO8, TSSOP36, TQFP64

Mikrokontrollerid erinevates pakendites: DIL28, SO8, TSSOP36, TQFP64

Paljujalalised kiibid

Huvitavama ja keerulisema funktsiooniga komponentidele tavaliselt kolmest jalast ei piisa, seepärast on levinud ka paljujalalised pakendid. Neid on väga suures koguses erinevaid, aga puudutan laialt levinumaid.

Pakendite nimed moodustuvad enamasti loetamatust lühendist (DIL, SOIC, TQFP, QFN, MLF) ja sellele järgnevast numbrist mis tähistab jalgade arvu. Näiteks DIL8, DIL28, SO16 jne.

Läbi augu monteerimiseks on olemas 2,54 mm jalavahega pakend DIL / DIP, mis on lühend fraasist Dual-in-line.

Kõige lihtsam pindmonteeritav 1,27 mm jalavahega pakend SOIC / SO.

Lisaks võib näha ka lühendeid TQFP ja TSSOP.

QFN, BGA ja muu rõve

Tõenäoliselt jõuad üsna kiirelt midagi lahti võttes või disainides leiad kindlasti komponente, millel polegi jalgu. Kõiksugu selliste peale ja maha jootmiseks ei piisa enam jootekolbist ja teravast silmast vaid on vaja ka kuuma õhuga jootejaama jms. Eks tulevikus kirjutame ka neist pikemalt.

Lõppsõna

Soovitan alati kasutada standardseid pakendeid. Nii on lihtsam oma asju disainida, vigu leida ja teistest aru saada, lisaks on ka komponendid laialt levinumad. Kui ikka kivi põhja alla on jootekontakte joonistanud pigem kunstnik kui arvutiprogramm, siis pole väga suurt lootust sellele odavamat või paremat asendust leida.

Pakendite teadmine on hea oskus, mis aitab paremini mõista komponenditootjaid ja teisi elektroonikaga tegijaid. Loodetavasti muudab see artikkel teie seiklusi elektroonikat õppides veidi vähem piinarikkaks ja pilti selgemaks.

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.

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.

Komponentide hankimine

Jaanus KaldeMina olen Jaanus – selle lehe teine autor. Markusega sarnaselt alustasin kuus aastat tagasi elektri põhitõdetega ja nüüdseks olen täiskohaga elektroonik.

Olen aastaid pooldanud Eestikeelset tehnoloogia alast haridust nii ülikoolile õppematerjalide loomise kui ka Vikipeediat oma erialal laiendades. See leht on üks koht, mis üritab kontsentreerida kogu minu loodud infot ühte kohta.
Mäletan, et robootikaga alustades oli tihti raskusi aru saamisega kust, mida, kuidas, mis raha eest ja kui palju kompoente osta või hankida. Paljud netilehed soovitasid neid vanalt elektroonikalt maha joota või rääkisid veidratest poodidest, millest ma Eestis isegi kuulnud ei olnud. Inseneriametiga lähemalt tutvudes olen ma avastanud, et väga suur osa kogu tööst ongi komponentide hankimine (Mis paneb veel rohkem imestama nais-sugupoole vähesuse üle antud elualal). Olgu see siis mehhaanilised või elektroonilised. Aastate jooksul olen ma robootika ja elektroonikaga tegeledes kasutanud kümneid internetis ja mitte internetis asuvaid poode. Nüüd olengi kõik teadmised vastavate poodide kohta koondanud ühele lehele – Poodlemise juhis. Leht ise on Tartu Ülikooli robotiklubi vikipeedias
.