Źródła napięcia

Źródła napięcia jakie na tym etapie będą nas interesować to głównie baterie, są niedrogie, bezpieczne i dzięki nim wykonamy w przyszłości kilka prostych układów.

Aby poprawnie używać źródeł napięcia należy zrozumieć czym jest rzeczywisty i umowny kierunek prądu. Najprościej zobrazować to rysunkiem.

Ogólnie przyjętym kierunkiem jest kierunek umowny zakładający że prąd ''płynie'' przez obwód od plusa do minusa. W rzeczywistości to elektrony są nośnikami ładunku elektrycznego i to one poruszają się w stronę większego potencjału. Jest to wyjaśnienie naprawdę uproszczone, nie jest w 100% zgodne z prawdą, odnosi się przede wszystkim do metali gdzie nośnikami  ładunku są właśnie elektrony. Sprawa komplikuje się z takimi materiałami jak półprzewodniki ale na ten czas przedstawione wyżej wyjaśnienie zupełnie nam wystarczy.

Oprócz baterii źródłami napięciowymi są także: akumulatory, ogniwa galwaniczne czy ogniwa termiczne natomiast nas będą na razie interesowały tylko baterie.  

Prawo Ohma

Elementarnym prawem w elektronice jest prawo Ohma, to dzięki niemu możemy wyliczać prądy i dobierać odpowiednią rezystancję. Wzór jest bardzo prosty U=I*R gdzie U - napięcie w voltach, I - prąd w amperach, R - rezystancja w Ω.

 Prawo Ohma po przekształcenia można zapisać także na inny sposób którego wykorzystanie czasami może się przydać natomiast najważniejsze aby znać podstawową formę czyli U=I*R, drugi wariant to U=I/G. Co to jest to G? jest to konduktancja mierzona w S-simensach, odwrotność rezystancji, G=I/R, tak jak rezystancja obrazuje oporność tak konduktancja obrazuje przewodność. Można zauważyć zależność że im większa rezystancja to oporność jest większa i tym mniejsza jest konduktancja, i odwrotnie im większa jest konduktancja tym większa jest przewodność i mniejszy opór elektryczny.
Znając już wygląd prawa Ohma możemy umówić dwie pozostałe wartości, czyli prąd i napięcie. Zaczniemy od napięcia.
napięcie jest to w skrócie mówiąc różnica potencjałów między 2 biegunami (szczegóły na temat
napięcia i jego źródłem omówię w następnym wpisie), to przede wszystkim ono warunkuje wartość prądu jaki możemy utrzymać oraz wydzieloną moc (mocą zajmiemy się w przyszłości). Napięcie pojawia się między dwoma zaciskami, w źródłach napięcia stałego np. w baterii jest to po prostu + i -, w baterii 1,5V to właśnie między nimi występuję to napięcie 1,5V.
 Znając napięcie jakim dysponujemy możemy dobrać wartość prądu jaki popłynie w obwodzie właśnie dzięki prawu Ohma. Co to jest prąd? prąd jest to uporządkowany ruch elektronów wywołany różnicą potencjałów, czyli naszym napięcie.
 Jak dobrać interesujący nas prąd? Robi się to bardzo prosto, musimy dobrać odpowiednią rezystancję. Załóżmy, że mamy baterię 12V i chcemy aby w naszym obwodzie popłynął prąd 20mA, przekształcając prawo Ohma na postać R=U/I podstawiamy: R=12v/20mA, z działania wynika że R=600Ω. Tak więc aby otrzymać prąd 20mA przy zasilaniu 12V musimy do obwody podłączyć opornik o wartości zbliżonej do 600Ω. 
Dzisiejszy post ma na celu wdrożenie do liczenia prądów i napięć w obwodach, jak to się dokładnie robi opisze na pewno niedługo, tak jak napisałem wyżej kolejny post będzie na temat źródeł napięcia prądu stałego, i dlaczego w elektronice prąd płynie od + do - skoro jak wiadomo biegun dodatni odpycha elektrony a w następnym weźmiemy się w końcu za liczenie obwodów prądu stałego. 

Rezystor Kod paskowy

Są 2 sposoby na zmierzenie wartości opornika, pierwszą jest użycie miernika, drugą odczytanie jego wartości za pomocą kolorów pasków jaki posiada.

Dzisiaj skupimy się na metodzie nr.2 Ponieważ jest nieco trudniejsza ale nie potrzebujemy do niej dodatkowego sprzętu.

tabela kolorów i ich wartości przedstawia się następująco: 

 
Każdemu kolorowi przypisana jest liczba, mnożnik lub tolerancja, aby odczytać prawidłową wartość opornika trzeba wiedzieć, który pasek z kolei jest liczbą, a który mnożnikiem. Pasek znajdujący się w większej przerwie od innych pasków rezystora jest paskiem tolerancji, pokazuje w ilu % wartość opornika może odbiegać od jego znamiennej wartości, jest ostatnim paskiem. kolor przed paskiem tolerancji jest mnożnikiem wartości które są podane na pierwszych kolorach, dużo łatwiej to zrozumieć na przykładzie.
Rezystor o kolorach żółty-filetowy-pomarańczowy--złoty ma wartość 47KΩ i tolerrancji 5% (złoty pasek znajduje się dalej od innych). Czemu? Ponieważ żółty-filetowy-pomarańczowy--złoty =
4,7,1000,5. pierwsze 2 liczby to wartość, trzecia to mnożnik a ostatnia to tolerancja. Dla przykładu:

oporniki mają kolory kolejno: czerwony-czerwony-czarny-srebrny--brązowy czyli 2, 2, 0, 0.01 czyli 220Ω X 0,01 = 2,2Ω  tolerancja 1%

                                                               

Liczenie rezystorów - zwijanie obwodów

Liczenie rezystancji zastępczej wiąże się ze zwijaniem obwodu czyli w tym przypadku zastępowaniem kilku rezystorów symbolem jednego opornika mającego wartość rezystancji równej połączeniu danych rezystorów

Dla szeregowego połączenia rezystorów wygląda to następująco:

Jak widzimy każdy opornik ma wartość 1KΩ czyli 1000Ω. Sumę 2 szeregowo połączonych rezystorów można przedstawić jako 1 rezystor w wartości będącej sumą ich rezystancji czyli w tym wypadku 1KΩ+1KΩ=2KΩ.
Ze schematu w którym były 4 rezystory zrobiliśmy schemat z 3 w którym ostatni opornik odpowiada sumie dwóch, dalej postępujemy analogicznie zwijając obwód do momentu w którym zostanie 1 opornik równy sumie wszystkich 4. W tym wypadku rezystancja zastępcza jak łatwo policzyć wynosi 4KΩ.


Dla połączenia równoległego sprawa nieco się komplikuje, przyczyną tego jest fakt że nie możemy tak jak w połączeniu szeregowym po prostu dodać wszystkich oporników do siebie a ponadto wzór na łączną rezystancje równoległą jest trudniejszy.

Zwijanie obwodu musi tutaj zachodzić co dwa rezystory, czyli ostatni rezystor zwijamy z przedostatnim, potem 2 ostatnie który zostały zwinięte z drugim, a na koniec sumę 3 zwiniętych z pierwszym.
Dla 2 ostatnich łączna wartość ich rezystancji wynosi ze wzoru (R1*R2)/(R1+R2)=(1kΩ*1kΩ)/(1kΩ+1kΩ)=500Ω
Widzimy że łączna wartość 2 takich samych oporników połączonych równolegle to dokładnie połowa wartości jednego z nich.
Mamy teraz zamiast 4 równoległych rezystorów 3, dalej postępujemy analogicznie











Następnym możliwym wariantem jest obwód mieszany, czyli taki który zawiera połączenia równoległy i szeregowe, wygląda następująco:

.Aby obliczyć rezystancje zastępczą zwijamy najpierw rezystory równoległe, wiemy już że skoro są takiej samej wartości to ich łączna rezystancja będzie równa połowie jednego z nich, skoro więc oba mają wartość 1KΩ to ich rezystancja zastępcza wyniesie 500Ω. Kiedy zwinęliśmy równoległe oporniki obwód z mieszanego zmienił się w szeregowy, a rezystancją zastępczą oporników połączonych szeregowo jest suma ich wartości czyli w tym wypadku 2KΩ.

Rezystor

Na początek zaczniemy od podstawowego elementu bez którego żaden obwód elektryczny nie mógłby poprawnie działać. Jest nim oczywiście rezystor(opornik).
 Element ten jest elementem pasywnym (czyli takim który nie wytwarza energii elektrycznej) i liniowym (jego charakterystyka na osi jest liniowa). Ma on za zadania przede wszystkim ograniczać prąd płynący w obwodzie, zamienia energie elektryczną na cieplna, czyli po prostu grzeje się i tak traci energie.

Jednostką wartości rezystora jest głównie Ohm [Ω], czyli jednostka #rezystancji (podczas doboru opornika bierze się także pod uwagę jego moc ale o tym kiedy indziej), to dzięki tej wartości korzystając z prawa Ohma możemy dobrać prąd jaki chcemy otrzymać w układzie. 

Symbol rezystora

Istnieje 2 głównie możliwości łączenia ze sobą oporników aby otrzymać wybraną rezystancję zastępczą czyli ''sumą'' rezystancji wszystkich połączonych ze sobą oporników.
Pierwsza z nich to połączenie szeregowe wyglądające następująco:

Służy ono zwiększeniu rezystancji. Wartość jaką mają połączone tak rezystory jest po prostu ich sumą. Przykładowo jeśli R1=10Ω R2=5Ω R3=5Ω to rezystancję zastępcza układu wylicza się następująco: Rz=R1+R2+R3=10Ω+5Ω+5Ω=20Ω
Policzone tak rezystory możemy przedstawić jako jeden będący ich sumą

Drugą możliwością jest połączenie równoległe, mające na celu zmniejszenie rezystancji

W takim wypadku rezystancję liczymy z innego wzoru:

Łączną wartość równoległych rezystorów również możemy przedstawić na schemacie jako jeden.

Jeśli na razie nie możesz się w tym połapać nie martw się, w następnym wpisie pokażę Ci przykładowe obliczenia układów rezystorów i na pewno to załapiesz.

#rezystancja - oporność, wielkość określająca zależność miedzy napięciem a prądem, gdy napięcie jest stałą wartością, im większą dobierzemy rezystancje tym mniejszy prąd popłynie.

Powitanie

Interesujesz się elektroniką ale brak Ci podstawowej wiedzy? Gubisz się w popularnych forach i nie rozumiesz odpowiedzi użytkowników? chciałbyś zdobyć wiedzę o elektronice od elementarnych podstaw? W takim razie ten blog jest dla Ciebie.