Uvod u elektroniku

Želite da se bavite elektronikom, ali niste sigurni kako i odakle da počnete?

012LAB će vas uz pomoć tima svojih stručnjaka i zaljubljenika u elektroniku, uvesti u tajne sveta elektronike, počevši od onih najmlađih, preko amatera i hobista koji žele da prošire svoje znanje i što lakše ostvare svoje ideje, do profesionalaca koji teže da budu uspešniji i efikasniji u svom poslu.

U delu koji sledi, predstavićemo osnove elektronike: koji se pojmovi podrazumevaju pod ovim i šta bi trebalo da znate o njima, i dokazati da elektronika ume da bude zabavna.

Kako je elektronika dobila ime od reči elektron, potrebno je objasniti šta je zapravo elektron.

Elektroni, kao i njihovi „saputnici“ protoni, spadaju u osnovne gradivne elemente prirode, izuzetno su mali i nalaze se svuda oko nas. Elektroni i protoni imaju jednaku količinu naelektrisanja, ali su suprotnog polariteta – elektroni su negativno naelektrisani, najčešće „neobuzdani“ i avanturističkog duha, dok su protoni pozitivno naelektrisani. A kako se plus i minus privlače, tako se i ovi saputnici, elektroni i protoni, medjusobno privlače.

Kao što smo rekli, elektroni su avanturističkog duha i stalno se kreću sa jednog mesta na drugo. Dok mi putujemo autom ili biciklom, elektroni putuju nečim što se zove provodnik. Provodnici su materijali, kao što su bakar ili aluminijum, koji omogućavaju elektronima da iskažu svoj avanturistički duh. Sada se sigurno pitate da li postoji neki način da „obuzdamo“ elektrone? To „obuzdavanje“ elektrona, odnosno usmereno kretanje elektrona kroz provodnike naziva se električna struja. Električna struja se u elektronici obeležava slovom I i meri se u amperima (A).

U životu se često javljaju prepreke koje se moraju savladati ili zaobići, pa tako i u elektronici postoji nešto što se naziva električni otpor. Električni otpor je zapravo mera sposobnosti elektrona da se kreću kroz neki materijal. U elektronici postoje komponente, otpornici, koji imaju unapred određenu električnu otpornost kojom se zapravo upravlja protokom elektrona kroz električno kolo. Električna otpornost se u elektronici obeležava slovom R i meri se u omima (Ω).

Videli smo da elektroni mogu da se kreću, ali šta to „gura“ elektrone sa jednog mesta na drugo?

Ta privlačna sila između pozitivnog i negativnog naelektrisanja je elektromotorna sila koja se naziva napon. Napon dakle predstavlja razliku potencijala, pri čemu se elektroni kreću od negativnog ka pozitivnom naelektrisanju. Napon se obeležava slovom U i meri se u voltima (V).

Šta je nastalo prvo : struja ili napon ?

Ovo pitanje je analogno mozgalici o kokoški i jajetu. Struja, napon i provodnici moraju se posmatrati kao celina. Ukoliko se na provodnik primeni napon, odnosno ako se na krajeve bakarne žice zakači baterija, nastaje električna struja. Isto tako, ukoliko kroz provodnik protiče struja, na njegovim krajevima će se javiti napon. Dakle ne treba razmišljati mnogo o tome šta prvo nastaje, ukoliko smo shvatili pojmove električne struje i napona.

Sada kada znamo šta je električna struja, napon, električni otpor i u kojim jedinicama se mere, pokazaćemo i kako se navedene veličine mogu izmeriti.

Za merenje električne struje koristi se uređaj koji se zove ampermetar, dok se za merenje napona koristi uređaj koji se zove voltmetar. U navedenom primeru korišćen je digitalni multimer koji se može koristiti za merenje električne struje, napona i električnog otpora. Ovu korisnu i uvek potrebnu alatku, naročito početnicima, možete pronaći veoma povoljno u našoj prodavnici.

Na slici je prikazan način na koji je potrebno povezati digitalni multimer u električno kolo kako bismo mogli da izmerimo napon na krajevima otpornika. Priključak na multimeru označen kao COM predstavlja referentnu tačku u odnosu na koju se meri napon i ovaj deo multimera se odgovarajućim konektorom povezuje za jedan kraj otpornika. Drugi kraj otpornika, odnosno tačka u kojoj se meri napon, se crvenim konektorom povezuje sa multimerom preko priključka označenim kao V Ω. Kada se električno kolo poveže sa multimerom na odgovarajući način, kao što smo opisali, potrebno je odabrati skalu u kojoj će biti prikazano naše merenje, što se vrši okretanjem kružnog prekidača na multimeru. Kako merimo napon, potrebno je da naš prekidač bude na skali za merenje napona, odnosno da se rezultat na displeju multimera prikazuje u voltima.

Sada znamo da se napon meri priključivanjem voltmetra, odnosno multimera, paralelno sa električnim kolom.

Za merenje električne struje korišćen je digitalni multimer, ali je način na koji se multimer povezuje u električno kolo drugačiji od onog pri merenju napona, što se može uočiti na slici.

Merenje struje se može obaviti tako što se električno kolo „pokida“ i na tom mestu se konektorima poveže multimer. Priključak na mutlimeru označen kao COM se povezuje za jedan kraj kola, dok se drugi kraj „otvorenog“ kola konektorom povezuje sa priključkom na multimeru označenog kao A. Kada se multimer poveže u električno kolo, potrebno je odrediti skalu u kojoj će se prikazati rezultat merenja, što se vrši okretanjem kružnog prekidača, kao u slučaju merenja napona, samo se ovog puta bira skala u amperima, jer je potrebno meriti struju. Na displeju multimera će biti prikazana struja koja protiče kroz električno kolo, a samim tim i kroz povezani multimer.

Električnu struju koja protiče kroz kolo moguće je meriti ampermetrom, odnosno multimerom, koji se povezuje redno sa električnim kolom.

Na osnovu izmerenog napona i struje u kolu, moguće je izračunati i električni otpor, primenom Omovog zakona, koji ćemo u daljem tekstu detaljnije objasniti.

Rekli smo da se struja, napon i provodnici moraju posmatrati kao celina, što je takođe  uvideo i Georg Simon Om, koji je prvi objasnio medjusobnu vezu ova tri pojma kroz čuvenu jednačinu-poznatu kao Omov zakon.

Omov zakon kaže da je napon na krajevima nekog provodnika jednak proizvodu električne struje koja protiče kroz provodnik i električnog otpora provodnika. Matematički se ovo predstavlja sledećom jednačinom :

Sada kada znamo Omov zakon, znamo struju koju može da izdrži elektronska komponenta, recimo LED dioda, i znamo koliki je izvor napajanja, možemo da izračunamo koliku otpornost sme da ima naš otpornik u električnom kolu, a da naša LED dioda ne pregori.

Uzmimo da naš izvor napajanja ima 5 V, i da je maximalno dozvoljena struja koju može da izdrži LED dioda 40 mA. Kako dioda ima fiksan napon na svojim krajevima, koji iznosi približno 2.1 V, neophodno je ovaj napon uključiti u računicu prilikom određivanja tražene otpornosti. Primenom Omovog zakona, dobijamo električnu otpornost sledeće vrednosti :

Dobijena vrednost nam govori da ćemo biti na samoj granici da dioda pregori, ukoliko našu LED diodu vežemo redno sa otpronikom čija je otpornost 72.5 Ω, pri zadatoj vrednosti izvora napajanja. S toga je neophodno uzeti otpornik otpornosti veće od dobijene vrednosti, u našem slučaju 72.5 Ω, kako bi se dobila struja manja od zadate kritične vrednosti i na taj način sprečilo uništavanje LED diode.

Sada kada smo naučili osnove pojmove elektronike, spremni smo da povežemo svoje prvo električno kolo i nastavimo da dalje otkrivamo svet elektronike!