Podstawy elektroniki: praktyka Multimetr Na Rysunku 1 możesz zobaczyć wyłączony multimetr, który potocznie nazywać będziemy miernikiem. Rysunek 1. Zdjęcie multimetru UT33D firmy UNI-T, którego używamy na zajęciach. Multimetr pozwala nam mierzyć te wszystkie rzeczy, o których dowiedzieliśmy się do tej pory. Możemy sprawdzić jakie mamy NAPIĘCIE, NATĘŻENIE, albo OPÓR. Wiesz już być może, że napięcie może być np. stałe (właśnie z baterii), albo przemienne (w gniazdku). Prądem przemiennym nie będziemy się w ogóle interesować w przypadku elektroniki cyfrowej, ale jako ciekawostkę dodam, że zasilacz od twojego komputera, czy telefonu zamienia prąd przemienny na prąd stały. strona 1
Rysunek 2. Na zdjęciach przedstawiono odpowiednio, od lewej, sposób podłączenia przewodów oraz ustawienie przełącznika obrotowego. Jak już zostało wspomniane, bateria to właśnie źródło NAPIĘCIA STAŁEGO. Żeby zmierzyć jakie napięcie daje nam bateria opisana przez producenta jako 9V czerwony kabel miernika podłączamy do środkowej dziurki (jest przy niej litera V ), a czarny do tej po prawej stronie (opisanej jako COM ). Widać to na lewym zdjęciu, na Rysunku 2. Żeby mierzyć napięcie mniejsze niż 20V napięcia stałego (a nasze napięcie to jak mówi producent 9V ) ustawiamy tak jak na prawym zdjęciu widocznym na Rysunku 2. Dodatkowe wyjaśnienie: To symbol napięcia stałego (linia obok litery V jest równa i prosta) A to symbol napięcia przemiennego (fala oznacza napięcie, które się zmienia). UWAGA: jeśli ktoś z was pomyślał teraz o mierzeniu napięcia w gniazdku - to nie jest bezpieczne i absolutnie nie powinniście robić tego sami. Serio! Nie wkładaj nic do gniazdka! strona 2
Dlaczego ustawiamy miernik na 20V, a nie 200V, albo 2000mV? Po pierwsze ustawienie musi być większe niż wartość mierzona. Gdybyśmy ustawili miernik 1 na 2000mV (czyli 2V, bo "mv" oznacza miliwolty, czyli V ) to przy próbie pomiaru napięcia baterii nic byśmy nie zobaczyli. Po drugie im mniejsze ustawienie tym dokładniejszy pomiar. Czyli miernik pokaże nam to 9V dokładniej przy ustawieniu 20V, niż przy ustawieniu 200V. Te opcje mądrze nazywamy ZAKRESEM POMIAROWYM. W skrócie: zawsze staramy się wybrać najmniejszy możliwy zakres, ale nie może być mniejszy niż to co mierzymy. Teraz przykładamy czerwony przewód do +plusa baterii, a czarny do -minusa. Na mierniku pokaże nam się wynik pomiaru, który w idealnym przypadku byłby taki jak na Rysunku 3. 1000 Rysunek 3. Prezentacja podpięcia miernika do baterii. W rzeczywistości, o czym przekonaliśmy się na zajęciach, nowa bateria pokazuje trochę ponad 9V, a rozładowana bateria trochę mniej niż 9V. Dobra, dobra! To może wykorzystajmy tę baterię do zasilenia czegoś? strona 3
Dioda LED Rysunek 4. Czerwona dioda LED. Rysunek 4 przedstawia diodę LED. Dioda LED ma dwie nogi - dłuższa to +plus, a krótsza to -minus. Na zajęciach podłączyliśmy diodę do baterii najpierw w taki sposób, że jej krótsza noga dotykała +plusa baterii, a dłuższa noga -minusa baterii, czyli odwrotnie. Nic się przy takim podłączeniu nie stało. Tak podpięta dioda ma bardzo duży opór i prąd nie może płynąć! Potem zamieniliśmy ten sposób, czyli +plus diody połączyliśmy do +plusa baterii, a -minus do -minusa. Dioda w takim przypadku zazwyczaj zapala się na chwilkę, a potem gaśnie. Możemy też poczuć zapach spalenizny! To dlatego, że dioda połączona w ten sposób ma bardzo mały opór. Pamiętasz co to oznacza? Dla podpowiedzi: połączenie +plusa i -minusa baterii czymś o bardzo małym oporze to..? ZWARCIE! Nie ma ochroniarza i bardzo dużo elektronów biegnie przez diodę bardzo szybko. Płynie duży prąd, który niszczy diodę! strona 4
Żeby diodę uratować musimy dać jej tego ochroniarza, czyli podłączyć odpowiedni REZYSTOR, który nazywany jest też OPORNIKIEM (na razie nie będziemy się zajmować tym w jaki sposób samodzielnie wybrać odpowiedni rezystor - ja na zajęciach zawsze daję wam taki, który ma opór R=1000Ω, czyli 1000 omów, albo 1 kiloom). Rysunek 5. Dwa różne, ale oba poprawne sposoby połączenia do diody rezystora. Jak zaprezentowano na Rysunku 5 - nie ma znaczenia, czy rezystor podepniemy do dłuższej, czy do krótszej nogi diody. Ważne, żeby stał na drodze elektronom i w ten sposób sprawiał, że nie będą już mogły biec jak im się tylko podoba. W ten sposób uchronimy diodę przed spaleniem. Jednym zdaniem: Opornik stawia OPÓR elektronom i prąd się zmniejsza, więc dioda LED w tym przypadku nie zostanie zniszczona. Wciąż jednak musimy pilnować z której strony diody jest dłuższa noga! Potencjalne problemy, czyli: podpinasz wszystko poprawnie, a to dalej nie działa? - Może spaliliśmy diodę (wcześniej specjalnie, a później może już niechcący ). Możemy to również sprawdzić miernikiem, ustawiając go w taki sposób jak na Rys. 6. strona 5
Rysunek 6. Zdjęcie miernika przygotowanego do testowania diody i ciągłości obwodu. To ustawienie miernika ma dwie funkcje: 1. Jeśli dotkniemy czerwonym kablem miernika długiej nogi diody (czyli +plusa), a czarnym krótkiej nogi diody (czyli -minusa ) to ta dioda powinna się zaświecić. Jeśli nie świeci to chyba ją spaliliśmy. Tak czy siak nie działa i trzeba użyć innej! 2. Jeśli dotkniemy z dwóch stron czegoś o bardzo małym oporze to miernik zacznie piszczeć - możemy w ten sposób sprawdzać, czy w naszym układzie wszystko co chcemy jest poprawnie połączone (bo czasami np. kabel nam się poluzował), albo czy nie występuje zwarcie. Uważaj tylko, żeby nie sprawdzać tym pikaczem układu do którego jest podłączone zasilanie - wyjmij kabel USB z komputera, albo odłącz Arduino. Podsumowując: Diodę zawsze podłączamy z rezystorem, żeby jej nie spalić. Żeby dioda zaświeciła jej dłuższa noga, czyli +plus musi być podpięta do +plusa zasilania, a krótsza, czyli -minus do -minusa zasilania! strona 6
Płytka stykowa: Podłączanie diody bezpośrednio do baterii jest mało wygodne Trzeba się naprawdę nagimnastykować, żeby palcami przytrzymać nogi diody i rezystora tak jak na Rysunku 5. Z pomocą przychodzi PŁYTKA STYKOWA, bo dzięki niej możemy to samo co na Rysunku 5 podpiąć tak jak na Rysunku 7! Rysunek 7. Sposób podłączenia układu z diodą LED, baterią 9V i rezystorem na płytce stykowej. Taką płytkę możemy wykorzystać, żeby połączyć ze sobą wybrane elementy układu. Możemy też dzięki niej wygodnie wykorzystać kabelki. Jak to działa? strona 7
Rysunek 8. Zdjęcie przedstawiające, kolejno od lewej, (a) białą płytkę stykową widzianą od góry, (b) białą płytkę stykową od spodu (po zdjęciu warstwy ochronnej) i (c) przezroczystą płytkę stykową od góry. Płytka stykowa ma pod tymi plastikowymi otworami odpowiednio umieszczone metalowe sztabki, co widać na środkowej płytce na Rysunku 8. Metal to jak już wiemy przewodnik - więc jeśli noga diody dotyka, po wciśnięciu jej w otwór tej samej sztabki, co noga rezystora to tak jakby się stykały! Tak - to stąd nazwa "płytka stykowa". Rysunek 9. Prezentacja połączeń na jednej ze stron płytki stykowej. strona 8
Na Rysunku 9 zaznaczyłem na żółto otwory, które są ze sobą pod spodem połączone metalową sztabką. Po prawej stronie płytki jest dokładnie tak samo, ale nie nanosiłem koloru żółtego! Warto pamiętać: Łącząc układy na płytce stykowej, staraj się używać czerwonych (ewentualnie podobnych, np. pomarańczowych) kabelków jeśli łączysz coś do +plusa i czarnych (ewentualnie granatowych lub innych ciemnych) jeśli łączysz coś do -minusa! To taka umowa między elektronikami, która ułatwia patrzenie na połączone układy. Na Przykład kiedy ja patrzę na wasze układy i widzę czerwony kabelek od razu myślę sobie, że to pewnie +plus zasilania! strona 9