Elektronika - Elementy elektroniczne - Początki nie muszą być trudne

Schematy elektroniczne

We współczesnej elektronice nie używa się na ogół pojedynczych elementów, lecz mówić należy raczej o całej ich grupie, która to zazwyczaj tworzy bardziej lub mniej skomplikowane urządzenie elektroniczne (np. zegar, licznik, wzmacniacz). Aby poznać dokładniej działanie danego urządzenia, posługujemy się schematem. Ten też schemat posłuży nam do wnikliwego przestudiowania jego budowy. Na wstępnie trzeba zaznaczyć, iż wyróżniamy dwa rodzaje schematów: ideowy (zamieszczona idea działania urządzenia, elementy połączone liniami), oraz schemat montażowy (rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej). Dodatkowo podaje się jeszcze wzór ścieżek płytki drukowanej. Z reguły jest to widok od strony miedzi w lustrzanym odbiciu.

Montaż komponentów (biegunowość)

Przy montażu elementów na płytce, szczególna uwagę należy zwrócić na poprawne ich wkomponowanie, prawidłowo dobrane typy oraz wartości odpowiednich elementów. Niewłaściwe ich skompletowanie spowoduje zapewne niewłaściwe, bądź wadliwe funkcjonowanie układu lub też jego uszkodzenie. W tym momencie bardzo istotne staje się istnienie tzw. elementów biegunowych, których sposób montażu ściśle określa schemat. Odwrotne zainstalowanie takiego komponentu może spowodować jego uszkodzenie lub w skrajnych przypadkach nawet destrukcję całego urządzenia. Do najczęściej używanych elementów biegunowych należą: kondensatory elektrolityczne, kondensatory tantalowe, kondensatory aluminiowe, diody, tranzystory, układy scalone. Natomiast inne elementy typu: rezystory, zwykłe kondensatory, dławiki, przełączniki, przyciski, warystory, termistory, fotorezystory, bezpieczniki, rezonatory kwarcowe są elementami nie biegunowymi, czyli kierunek ich instalacji do układu nie ma znaczenia dla poprawnego działania całości. W większości przypadków komponenty biegunowe mają oznaczone końcówki tzw. "plusowe" i "minusowe". Nomenklatura ta często znajduje swoje odzwierciedlenie na obudowie (np. kondensatory elektrolityczne), zazwyczaj jest to pasek ( np. katoda, diody półprz.), różna długość nóżek (w diodach LED i kondensatorach elektrolitycznych dłuższa nóżka to ta "plusowa"), kolory (np. złącza baterii, czerwony to plus, czarny to minus).

Przedrostki wartości

Elementy elektroniczne (a także i inne jednostki związane z tą dziedziną wiedzy) mają bardzo rozpiętą amplitudę wartości, dlatego mówiąc o jednostkach używamy specyficznych przedrostków.

Przedrostki jednostek używanych w elektronice.

Symbol	Nazwa przedrostka	Mnożnik	Przykład
T	tera	1 000 000 000 000 ¡ 10¹²	4THz = 4000000000000Hz	bilion
G	giga	1 000 000 000 ¡ 10⁹	50GOhm = 5 0000 000 000 Ohm	miliard
M	mega	1 000 000 ¡ 10⁶	2MW = 2 000 000 W	milion
k	kilo	1 000 ¡ 10³	4,4kV = 4 400 V	tysiąc
-	-	1 ¡ 10⁰	V, A, Ohm, F, H, Hz,	-
m	mili	0,001 ¡ 10^-3	22mH = 0,022 H	tysięczna
µ, u	mikro	0,000001 ¡ 10^-6	50uA = 0,00005 A	milionowa
n	nano	0,000000001 ¡ 10^-9	33nF = 0,000000033 F	miliardowa
p	piko	0,000000000001 ¡ 10^-12	4pF = 0,000000000004 F	bilionowa

Tolerancja elementów elektronicznych

Ponieważ nieopłacalne i kłopotliwe byłoby wykonywanie elementów w każdej z możliwych wartości, wyznaczono pewne szeregi, wraz z określoną dla nich tolerancją. Wydawać by się mogło, że w urządzeniach elektronicznych wymagana jest duża precyzja, nie tylko wykonania, ale i oznaczeń czy wartości. Tymczasem w większości przypadków stosuje się mało dokładne elementy (5-10%). Za bardzo niską skalę błędu uznaje się już 1%. Posłużmy się przykładem opornika 1kOhm o tolerancji 1%. Z całą pewnością na on wartość 0,99kOhm - 1,01kOhm. Możemy więc przyjąć że to jest dokładnie 1kOhm. Nie ma więc sensu szukać opornika 55kOhm o tolerancji 5%. Z tego szeregu najbliższą wartością jest 56kOhm. Również bezcelowe wydaje się być poszukiwanie w sklepie opornika o wartości 345,13Ohm. Jeśli taka dokładnie wartość jest nam potrzebna, powinniśmy posłużyć się potencjometrem o większej amplitudzie wartości i za pomocą "kręcenia" i omomierza szukaną wartość sprecyzować. Pamiętać jednak należy, że w pewnym stopniu różne czynniki tj. wpływ temperatury lub zużycie elementu mogą spowodować zachwianie tej wartości. Poniższa tabela obrazuje szeregi elementów, oraz obraną dla nich tolerancję.

nazwaszeregu	tolerancja	wartości
E3	+- 50%	1.0 2.2 4.7
E6	+- 20%	1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8
E12	+- 10%	1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2
E24	+- 5%	1.0 1.1 1.2 1.3 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
E48	+- 2%	100 105 110 115 121 127 133 140 147 150 154 162 169 178 187 196 205 215 226 237 249 160 261 274 287 301 316 332 348 365 383 402 422 442 464 487 511 536 562 590 619 649 681 715 750 787 825 866 909 953
E96	+- 1%	100 102 105 107 110 113 115 118 121 124 127 130 133 137 140 143 147 154 158 162 165 169 174 178 182 187 191 196 200 205 210 215 221 226 232 237 243 249 255 261 264 267 271 274 280 287 294 301 309 316 324 332 340 348 357 365 374 383 392 402 412 422 427 432 442 453 464 475 287 499 511 523 536 549 562 576 590 604 619 634 649 665 681 698 715 732 750 768 787 806 825 845 866 887 909 931 953 976
E192	+- 0,5%	100 101 102 104 105 106 107 109 110 111 113 114 115 117 118 120 121 123 124 126 127 129 130 132 133 135 137 138 140 142 143 145 147 149 150 152 154 156 158 162 164 165 167 169 172 174 176 178 180 182 184 187 189 191 193 196 198 200 203 205 208 210 213 215 218 221 223 226 229 232 234 237 240 243 246 249 252 255 258 261 267 274 277 280 284 287 291 294 298 301 305 309 312 316 320 324 328 332 336 340 344 348 352 357 361 365 370 374 379 283 388 392 397 402 407 412 417 422 432 437 442 453 459 464 470 475 481 487 493 499 505 511 517 523 530 536 542 549 556 562 569 576 583 590 597 604 612 619 626 634 642 649 657 665 673 681 690 698 706 715 723 732 741 750 759 768 777 787 796 806 816 825 835 845 856 866 876 887 898 909 920 931 942 953 965 976 988

Oznaczenia

Każdy element elektroniczny ma swoje oznaczenie. Jak się nie trudno domyślić służy ono sprecyzowaniu jego typu, bądź wartości. W tym celu stosuje się opisy na obudowach, o których mówiliśmy już wcześniej lub też specjalne kody. Dwa kody, które uważać należy za bardziej popularne to: cyfrowy i paskowy (barwny).

Opis na obudowie

W tym przypadku na obudowie znajdziemy wartość oraz przedrostek z jednostką. Sama jednostka jest rzadko umieszczana (wyjątkiem są kondensatory elektrolityczne). Przykłady oporników: 1M2 to 1,2MOhm ; 47k = 47kOhm. Gdy literka znajduje się pomiędzy cyframi (1M2), oznacza ona przecinek (1,2) oraz informuje nas oczywiście z jakim rzędem wielkości mamy do czynienia (kiloomy, megaomy) (1,2MOhm). W tego typu oznaczeniach nie stosuje się symbolu oporności - greckiej litery omega [Ohm]. W przypadku małych wartości oporników (rzędu omów) stosuje się raczej oznaczenie R (czasem można spotkać E). Tak więc wartość 4R7 to 4,7 Ohm a wartość R1 to 0,1 Ohm. Podobnie sprawa ma się z kondensatorami. Oznaczenie 3n3 to 3,3nF. Często zamiast znaku "m" stosowana jest literka "u", więc 47uF znaczy tyle co 47mF. W niektórych kondensatorach podawane jest również maksymalne napięcie pracy. Tolerancja (duża litera) i dopuszczalne napięcie pracy (mała litera) mogą być również zakodowane literami.

Kod cyfrowy

Podstawowy kod cyfrowy składa się z 3 cyfr. Dwie pierwsze określają wartość (tzw. cyfry znaczące) i pochodzą z szeregu E24. Trzecia liczba określa rząd wartości, czyli ich wielkość. Ściślej mówiąc liczba ta mówi nam, do której potęgi podniesiona jest liczba 10, występująca tu w roli mnożnika. Tak więc kod na oporniku 332 to 33*102 = 3300 Ohm = 3,3kOhm. Inne przykłady: 475 = 4,7MOhm. Jeśli mówimy o opornikach to wartość ta podawana jest w omach, więc przeliczenie nie jest kłopotliwe, jest to bowiem jednostka podstawowa. Taki sam system kodowania przyjęto dla rezystorów wykonanych w technologii smd. Odczytywanie wartości tego kodu z kondensatorów jest takie samo, lecz wartością podstawową jest pikofarad, a nie Farad !!!!. Dlatego też kod 223 oznacza 22nF (bo 22*103 = 22 000 pikofaradów), a 104 = 100nF. Zrozumienie tego zagadnienia to tylko kwestia matematycznej sprawności, wszelkie przeliczenia oparte są bowiem tylko na zamianie przedrostków.

Kod barwny

Jeśli znamy już kod cyfrowy, nie powinniśmy mieć problemu z kodem paskowym. Na początek należy paski zamienić na liczby i dalej posługiwać się już kodem cyfrowym. Tu jednak kłopotliwe może okazać się ustalenie, który pasek jest pierwszy, a który ostatni. Teoretycznie pierwszym powinien być leżący najbliżej brzegu, jednakże przy seryjnej produkcji nie możemy narzekać na nadmierną precyzję wykonania i różnie to bywa z tym "pierwszeństwem". Na pewno pasek srebrny lub złoty jest tym ostatnim, bo te barwy określają jedynie tolerancje. Wspomnę tylko, że najczęściej wykorzystuje się oporniki o tolerancji 5%. Tabela przedstawiająca zależność barwa paska - cyfra jest przedstawiona poniżej.

Poniżej zamieszczam przykłady odczytu kodu paskowego dla oporników z różnych szeregów, wraz z tolerancją i wpływem temperaturowym. Myślę też, że niniejszy artykuł rozjaśni nowicjuszom podstawy, na których opiera się współczesna elektronika, a niezdecydowanych popchnie na fascynujący szlak eksperymentów i doświadczeń, gdzie jedynym ograniczeniem nie jest granica tolerancji, o której tyle mówiliśmy, ale granica przenikliwości ludzkiego umysłu i sprawności rąk.