Cieľom tohoto článku je čo najjednoduchšie (aj keď to tak možno nevypadá) vysvetliť základy elektroniky pre bežných ľudí, ktorý sa chcú venovať praktickej elektronike a nie zdĺhavej teórií. Niektoré fakty sú preto veľmi zjednodušene vysvetlené a interpretované.
Každá hmota sa skladá z atómov a tie sa skladajú z jadra, kde sa nachádzajú častice zvané protóny a neutróny a okolo nich obiehajú elektróny.
Jadro priťahuje elektróny k sebe podobným spôsobom ako sú planéty našej slnečnej sústavy priťahované k Slnku. A práve elektróny sú základom elektroniky. Každá látka má iný počet elektrónov a tie obiehajú v rôznej vzdialenosti od jadra. Tie najbližšie k jadru sú priťahované k nemu najsilnejšie a tie čo sú najďalej najslabšie. Niektoré látky ako je napr. železo, hliník alebo nikel majú najvzdialenejšie elektróny, ktoré sú k jadru priťahované tak slabo, že ich je možné vytrhnúť a uvoľniť. A práve to umožňuje vznik prúdu elektrónov. A čo dokáže vytrhnúť elektróny z atómov?
Je to alternátor, ktorý otáčaním kovového drôtu v magnete pôsobením magnetického poľa vytrháva z atómov elektróny a necháva ich voľne prúdiť drôtom. Prúdiace elektróny ale drôt menia na magnet. A každý magnet má magnetické poľe. Kedže ale drôtom prúdia elektróny tak sa zvykne nazývať elektrické poľe. Keď alternátor vytrhne elektróny z atómov a vyšle ich káblom preč , tie vytrhnuté elektróny budú v tých atómoch chýbať.
Preto ak majú možnosť vrátiť sa do atómov, z ktorých boli vytrhnuté -urobia to. Zapojenie drôtu do obvodu tak aby sa na konci vrátil do alternátoru sa nazýva uzavretý elektrický obvod a len ním tečie elektrina.
Intenzita prúdiacich elektrónov sa meria pomocou jednotky elektrický prúd. Značka jednotky je I a meria sa v ampéroch (A). Priamo s ňou súvisí druhá jednotka a to elektrické napätie. Značka jednotky je U a meria sa vo voltoch (V). Vyjadruje v podstate tlak v obvode , ktoré vytvárajú atómy čo prišli o elektróny a priťahujú ich ním k sebe späť. Miesto odkiaľ prúdia elektróny sa nazýva kladný el. pól a miesto kam prúdia elektróny späť do alternátora sa nazýva záporný el. pól.
Elektrický zdrojom okrem alternátora môže byť napríklad aj batéria. Tá sa skladá z dvoch rozdielnych látok (napr.: nikel-kadmium). Jedna má navyše elektróny a druhej elektróny chýbajú. Keď sa spoja pomocou el. obvodu začnú prúdiť elektróny z látky čo má navyše elektróny ( kladný el. pól ) do látky kde chýbajú ( záporný el. pól ). Keď prejdú všetky elektróny tak je batéria vybitá.
Batéria vytvára jednosmerný el. prúd, pretože elektróny idú jedným smerom. Alternátor ale vytvára striedavý el. prúd, pretože ako sa otáča drôt v magnetickom poľi alternátoru tak striedavo vysiela elektróny obidvoma smermi po drôte. Striedavý el. prúd sa dobre presúva na veľké vzdialenosti , preto sa používa na prenos elektriny z elektrárne do domácností. Na to aby bol použitelný sa musí potom obvykle v spotrebičoch meniť na jednosmerný el. prúd. Striedavý el. prúd sa tiež využíva aj rádioelektronike.
Na to aby sme mohli pokračovať musíme si ešte povedať čo sú to polovodiče. Je to materiál, ktorý môže byť raz vodivý a inokedy nevodivý. Zistilo sa, že niektoré látky- hlavne kremík- má 4 elektróny, ktoré je možné vytrhnúť z atómu (volajú sa valenčné elektróny).
A že keď ho zmiešajú s látkou, ktorá má 5 valenčných elektrónov (napríklad fosfor) tak vznikne materiál zvaný polovodič typu N. Ten má voľné elektróny, ktoré môže posielať preč.
Keď kremík zmiešajú s látkou, ktorá má 3 valenčné elektróny (napríklad indium) tak vznikne materiál zvaný polovodič typu P. Tomu chýbajú elektróny a potrebuje ich prijať.
Keď sa tieto dva typy polovodičov spoja vznikne tzv. PN prechod. Ten umožňuje prúdenie elektrónov len jedným smerom od N do P. Takže je super napríklad na usmernenie striedavého prúdu. Keď sa spoja materiály v poradí PNP alebo NPN vznikne tranzistor – podrobnosti o ňom si prečitate nižšie.
Elektronické súčiastky
Aby bolo možné elektrinu v el. obvode využiť, zapájajú sa do neho elektronické súčiastky:
Rezistor – obsahuje látku, ktorá kladie prekážku (odpor) elektrónom v ich ceste obvodom, čím znižuje el. prúd aj el. napätie. Značka jednotky je R a meria sa v ohmoch ( Ω ).
Potenciometer – rezistor s voliteľným odporom
Kondenzátor – obsahuje 2 kovové pláty oddelené nevodivým materiálom-dielektrikom. Funguje ako batéria s veľmi malou kapacitou. Značka jednotky je C a meria sa v faradayoch ( F ) – obvykle ale v zlomkoch faradayov- microfaradayoch, nanofaradayoch. Existujú 2 typy:
Keramické (malá kapacita)
Elektrolytické (veľká kapacita)
Kapacitný trimmer – kondenzátor s voliteľnou kapacitou
Cievka – je obvykle drôt zatočený do podoby cievky. Umožňuje indukovať (vytvoriť ) elektrický prúd v zosilnenom elektrickom poli vytvorenom cievkou ako napríklad vytvárať el. prúd v alternátoroch (drôt v alternátoroch je obvykle tvarovaný ako cievka). Značka jednotky je L a meria sa v henry ( H ) – obvykle ale v zlomkoch henry- microhenry, nanohenry.
Dióda – je polovodič typu PN, ktorý usmerňuje elektrický prúd jedným smerom. Existuje viacero typov, ale najpoužívanejšie je obyčajná polovodičová dióda. V schémach sa označuje ako D.
LED dióda – je dióda, ktorá má P a N časť prepojenú miniatúrnym žhaviacim vláknom. To sa rozžhaví a teda aj rozsvieti keď LED diódou prechádza el. prúd. Keď je el. prúdu alebo el. napätia priveľa tak sa odpáli. Slúži ako malé svietielko v obvode.
Tranzistor – je polovodič typu NPN alebo PNP, ktorý slúži na spínanie elektrickej energie (niečo ako svetelný spínač v izbe ale oveľa rýchlejší) alebo ako zosilňovač signálu ( slabý el. prúd a el. napätie zosilí). Má 3 vývody, ktoré sa nazývajú báza(B), kolektor(C) a emitor(E).
Princíp: Keď sa pripojí el. napájanie na kolektor a emitor , tak el. prúd netečie – tranzistor je izolant. Keď ale zapojíme aj len malý el. prúd na bázu tak el. prúd medzi kolektorom a emitorom bude prúdiť v objeme, ktorý závisí od toho aký veľký el. prúd sme zapojili do bázy.
Špeciálnym typom tranzistoru je tzv. MOSFET tranzistor, ktorý umožňuje spínať alebo zosilovať veľké objemy el. prúdu.
Existuje veľa modelov tranzistorov z rôznymi parametrami. Ich názvy si zvolili výrobcovia ako napr.: 2n3904, 2n2222, bf494…..
Integrovaný obvod (IC) – je hotový elektrický obvod z nejakou funkciou (zosiľňovač, menič napätia, časovač…) zmenšený na miniatúrnu veľkosť a vložený do plastového púzdra s vyvedenými prepojovacími káblikmi – tzv. nožičkami. Najpoužívanejšie v základných zapojeniach sú NE555, CD4077, LM386 a TDA2030.
Schéma el. obvodu
Na obrázkoch hore môžete vidieť značky všetkých bežných elektronických komponentov. Tie sa zakreslujú do schémy. Podľa nej sa potom vytvorí funkčný el. obvod z príslušných súčiastok. Príklad za všetky:
Ide o zosilňovač. Úplne vpravo hore aj dole vidíme, že sa celý obvod napojí na 9 voltový zdroj energie-napr. 9v batériu. Hore kladný pól , dole záporný pól. V obvode sú 3 elektrolytické kondenzátory s kapacitou 1 mikrofarad. Rezistory -2x 1kiloohmový, 1x 220 kiloohmový, 1x 6,8 kiloohmový a jeden 100 kiloohmový (v niektorých obvodoch sa vynecháva značká ohmu , takže napr. 1kiloohmový rezistor je označený ako 1k). Sú tam 2 tranzistory modelového označenia 2N3904.
Keď chceme taký obvod vytvoriť potrebujeme príslušné súčiastky a dosku kde ich poprepájame – ale o tom si povieme v ďalšom článku o elektronike.
A na doplnenie – kedže ide o zosiľňovač tak na vstup treba pripojiť zdroj hudby – napr. váš mobil a na výstup reproduktor(y) – napr. reproduktory k vášmu PC.