Elektronik

   
Vi bruger udtrykkene elektronisk og elektronik om "finere" elektriske kredsløb i elektriske apparater som fx radio, tv, computer, termometer og fjernstyring. Der bruges tit elektronik for at styre "gammeldags" elektriske apparater og maskiner som vaskemaskiner og ovne.

I det følgende vil vi se på nogle af de vigtigste apparater, instrumenter og stumper, man skal bruge, når man arbejder med elektronik.

 
Spændingskilder til elektronik
(strømkilder, strømforsyning)

Elektroniske apparater bruger næsten altid nogle få volts jævnspændingsom strømforsyning. Det kan være fra et batteri (fx i ur eller i legetøj), en solcelle (fx i lommeregner) eller særligt en stabiliseret strømforsyning. Dvs. en transformer, der laver 220V vekselspænding om til fx 9V vekselspænding, som igen ensrettes og på forskellig vis gøres helt stabil. Sådan en er der i radioer, tv, videoer og alle de andre elektroniske apparater, vi tilslutter lysnettet.

Til de fleste forsøg kan man bruge batterier, men det er rart at have en strømforsyning, for så behøver man ikke spekulere på dyre eller "flade" batterier.

4 stk. 1,5 V batterier i en holder giver en praktisk 6V spændingsforsyning, og en "adapter" eller "omformer" til at sætte i stikkontakten kan også være god at bruge til små-forsøg

   
Det er billigt og enkelt at lave et ladeapparat til biler om til en nogenlunde god strømforsyning.

Uden farlige indgreb i "indmaden" kan vi, blot ved at tilslutte en elektrolytkondensator C på fx 10.000 mF, lave glat og pæn jævnspænding. Desværre er den nok på ca. 18-20 V, og den tåler ikke, man "trækker for hårdt på den", dvs. belaster den hårdt ved at tilslutte store "strømslugere". Vil man lave om på det, kræves lidt mere elektronik.

Den jævnstrøm, der kommer fra ladeapparatet, er pulserende
og må glattes ud med en kondensator (C)

   
Måleinstrumenter til elektronik

Man bruger et universalinstrument, et multimeter, til at måle næsten alle størrelser med, når man arbejder med elektronik.

Med det kan man måle jævn-/vekselstrøm og -spænding, modstand, og på mange af slagsen kan man også måle kondensatorers kapacitet og dioders og transistorers egenskaber.

Der findes to typer, nemlig det "gammeldags" viserinstrument og digitalmultimeteret. Digitalinstrumentet er nemmest at aflæse, men i nogle tilfælde er viserinstrumentet langt at foretrække.

Til de fleste formål er et instrument til 100-200 kr. fuldt tilstrækkeligt i den indledende elektronik.

Elektroniske komponenter

Her har vi så de vigtigste "stumper" (komponenter), man har brug for i elektronik.

For at vi kan overskue elektroniske kredsløb, tegner vi diagrammer i stedet for at tegne stumper og ledninger, som de ser ud i virkeligheden.

De vigtigste diagramsymboler

Modstande

Der er mange slags modstande, men de kan deles i to hovedgrupper:

bulletFaste modstande
bulletVariable modstande

Faste modstande er lavet ved enten at lægge et tyndt lag kul eller metal på et lerrør med en ledning i hver ende. Deres modstand kan variere fra under én ohm til mange millioner ohm.

For nemt og hurtigt at kunne bestemme modstanden, har man vedtaget en farvekode for modstande.

1. ring = 1. ciffer
2. ring = 2. ciffer
3. ring = antal nuller efter de to første cifre

4. ring viser, hvor nøjagtig, man kan regne med modstanden er:
guld 5%
brun 1%
rød 2%

Deres helt nøjagtige størrelse kan man måle med det ohmmeter, som er i et multimeter.

Farvekode for modstande

   
Forbinder man to eller flere modstande i serie, finder man den samlede modstand ved at tage summen af dem alle sammen. Det er naturligt, fordi strømmen jo må turen igennem dem alle for at komme rundt i kredsløbet.

Serieforbundne modstande

   
I parallelforbindelse bliver den samlede modstand mindre end den mindste af de enkelte modstande. Også det er rimeligt: Jo flere døre, der er åbne for strømmen af elektroner, desto nemmere slipper de igennem.

Parallelt forbundne modstande

   

Spændingsdeling med to modstande og med potmeter

En vigtig anvendelse af modstande er som spændingsdelere. Som det ses på tegningen, deler serieforbundne modstande spændingen mellem sig i forholdet til deres størrelse.

Potmeteret bruges oftest som spændingsdeler. Der er de to modstande så at sige bygget samme til én.

   
Variable modstande (potentiometre, potmetre) findes i to vigtige udformninger. Du kender begge slags fra styrkereguleringen (volumenkontrol) på radioer, CD-afspillere og lignende:

Dreje-potmeteret, som man drejer på i stedet for. En særlig slags små dreje-potmetre bruges til at finjustere (trimme) apparater med én gang for alle, de kaldes trimmepotmetre.

Skyde-potmeteret, hvor man ændrer modstanden ved at skubbe en knap frem og tilbage.

   

"Bamseøje" (LDR-modstand)

Desuden er der nogle specielle variable modstande:

- NTC-modstande og PTC-modstande, som er temperaturfølsomme. I den første falder modstanden, når den varmes op, i den sidste stiger den.

- LDR-modstande, som er lysfølsomme. Modstanden bliver mindre jo kraftigere lys.

- VDR-modstande, som er spændingsfølsomme. Modstanden i dem bliver mindre, når spændingen over den bliver større.

Kondensatorer

Kondensatorer bruges meget i elektronik. De har to egenskaber, vi udnytter:

- de kan "lades op" med jævnspænding og holde på den et stykke tid
- i et kredsløb bremser de helt for jævnstrøm, mens vekselstrøm mere eller mindre let kan "gå gennem dem"

I princippet består de af to metalplader, der ligger meget tæt uden at røre hinanden.

 
Der er mange specielle slags, men her skal vi bare høre om tre grundtyper.

- en "almindelig" kondensator
- en elektrolyt-kondensator
- en variabel eller justérbar kondensator

"Lyt" (elektrolytkondensator)

   
Kondensatorens størrelse (dens kapacitans = hvor meget elektricitet (hvor stor ladning) den kan lagre) angives i

mikrofarad (mF)
nanofarad (nF)
picofarad (pF)
1 mF = 1000 nF
1 nF = 1000 pF

Den almindelige kondensator findes for det meste i værdier på mellem 1 pF og 10 mF og kan tåle vekselspænding.

"Elektrolytten" findes som regel mellem 1 mF og 10.000 mF og tåler kun jævnspænding (skal sluttes rigtigt til + og -).

   
I opstillingen her vil lampen L give et kort blink, når man trykker kontakten S ned. Jævnstrøm ser altså ikke ud til at kunne gå gennem kondensatoren, og pæren lyser kun den korte tid, det tager at "fylde kondensatoren op" med elektricitet.

Opladning af kondensator

   
Hvis vi bag efter tager batteriet væk, forbinder A og B og igen trykker på S, giver lampen atter et glimt.
Det er kondensatoren, der aflades (afgiver sin strøm). Den kan altså ikke blive ved at give strøm gennem lang tid, som et (opladeligt) batteri.

Afladning af kondensator

Hvor meget elektricitet, man kan fylde på kondensatoren, og hvor godt den lader vekselspænding passere afhænger af dens kapacitans, dvs. hvor mange pF, nF eller µF den er på.
Den variable kondensator eller drejekondensatoren bruges i radioens afstemningskreds - eller man burde sige brugtes, for i nyere radioer bruges oftest andre komponenter til at "fange stationer". Drejekondensatoren består af to sæt tætliggende metalplader, der kan dreje i forhold til hinanden, hvorved kondensatorens kapacitet ændres, typisk fra 0 til 500 pF.
   
Spoler

kender vi fra den traditionelle fysik. Der har vi nogle med 200, 400, 1200 vindinger osv. Vi ved også, at vi kan bruge dem med eller uden jernkerne.

I elektronik bruges spoler til flere ting. Her de tre vigtigste:

- i transformatoren

- som magnet (fx i et relæ)

- som selvinduktionsspole (i bl.a. radiomodtagere)

Transformeren (transformatoren) består af en primærspole, hvor vekselstrømmen sendes ind, og én eller flere sekundære spoler, hvor den tages ud:

Vi bruger for det meste transformeren til at lave 230 V~ om (transformere) til fx 12 V~, som vore små elektroniske apparater kan holde til. Men som bekendt kan de transformere vekselspænding både op og ned efter behov. Hvis man sender 12 V ~ ind på højre side, kommer der 230 V ~ ud på venstre.

Transformere
   
Et relæ, hvor spolen bruges som elektromagnet:

En ganske svag strøm i spolen kan slukke kontakten, der måske kan tænde og slukke for en motor. De få volt og milliampere, man typisk arbejder med i elektronik kan altså starte og slukke for store maskiner ved hjælp af relæer!

Når der sættes strøm til spolen, tiltrækkes den fjedrende kontakt F, og forbindelsen mellem A og B afbrydes
   
   
Næste eksempel viser en yderst simpel radiomodtager:

En spole med kobbertråd viklet på en wc-rulle og en kondensator C danner en afstemningskreds, der bestemmer, hvilket program, man vil høre.

En lille germaniumdiode ensretter de modtagne signaler, som høres i en øreproptelefon.

Antennen A er bare et langt stykke ledning, og jordforbindelsen er en ledning til vandhanen.

Den lille radiomodtager (et krystalapparat) kræver ikke strøm, den får energien fra radiobølgerne alene - det er altså en rigtig øko-modtager, som heller ikke støjer i nabolaget, for lyden er meget svag. Prisen er under 20 kr.

En spole anvendt som selvinduktionsspole i en radiomodtager

   
Halvledere

Vi skal nu se nærmere på halvlederne, dioder, transistorer og ICere (integrerede kredsløb).

   
Dioder

En diode er en lille dims, der kun kan gå strøm igennem i pilens retning.

Diode

Dioder bruges mest til at lave vekselspænding om til jævnspænding, som kan bruges i stedet for batterier. De fire tegninger herunder viser trin for trin vejen fra ren vekselspænding (A) til udglattet jævnspænding (D)

   

Lysdiode (LED)

En særlig slags dioder, lysdioder, kender du mange steder fra. De blinker og lyser alle vegne i forskellige farver på radioer, forstærkere, CD-afspillere og anden elektronik.

En speciel udgave af lysdioden er laserdioden, der udsender laserlys. Laserdioder sidder bl.a. i CD-afspillere, hvor de aflæser de spor, der er brændt ind i CDen, og man kan købe en lille laserlommelygte beregnet til "pegepind", når man viser lysbilleder.

Der findes desuden en hel række specielle dioder, som man støder på, når man roder med elektronik, blandt dem zenerdioden. Den bruges til at opnå en ønsket spænding i et elektronisk kredsløb.
   
Transistorer

En transistor er en lille fiks dims, der i alt væsentligt bruges til to ting i elektronik:

bulletsom elektronisk kontakt
bulletsom signalforstærker (til at forstærke musiksignaler o.l.)
 
   
Der er mange slags transistorer, men kun to grundtyper, vi skal kikke på her, nemlig NPN-transistoren og PNP-transistoren. Til forsøg er det billigt og godt at bruge henholdsvis en BC547 (NPN) og BC557 (PNP). Dem kan man roligt købe en pose af, de koster kun få øre pr. stk.

Begge typer har tre ben: E (emitter), C (kollektor) og B (basis), og både på BC547 og BC557 sidder de som vist på tegningen.

NPN- og PNP- transistorer

   
Lad os starte med at bruge transistoren som kontakt.

Som du kan se, skal NPN transistorens basis forbindes til + gennem en modstand, og PNP transistoren til 0 (= minus), for at de virker som kontakter. Vi siger, de åbner for strømgennemgang til motoren M, når de forbindes til hhv. + og 0. m kontakt.

NPN-transistor som kontakt

Prøver du efter, vil du opdage, at du kan tænde og slukke for motoren M selv om modstanden er på 10.000 W! Der kommer altså til at gå en forsvindende lille strøm i selve kontakten S, så den brænder ikke op, som den ellers kunne gøre, hvis den meget tit skulle tænde og slukke motoren direkte. Det drager man fordel af i bl.a. elektronisk tænding på biler.

Den elektroniske kontakt har mange fortrin frem for den almindelige. Kontakten S kunne fx erstattes af en lysfølsom eller en varmefølsom modstand, så der er grundlag for automatik, hvor M starter og stopper under bestemte lys- og temperaturforhold - det er ret simpelt at lave og let at få til at virke!

PNP-transistor som kontakt

   
Det næste diagram viser en NPN-transistor i et meget primitivt forstærkerkredsløb.

Selv et meget svagt signal fra en mikrofon, en lille hjemmegjort radio eller andet, vil høres i højttaleren Ht - bare ikke i god kvalitet, det kræver et lidt mere broget apparat!

Opstillingen her vil forstærke signalet ca. 300 gange, hvis vi bruger BC547.

bulletR1: 680 k
bulletR2: 4,7 k
bulletT: BC547
bulletC: 2,2 µF
bulletHt: lille 5 ohms højttaler
   
Tyristorer

En tyristor ligner af udseende en transistor og virker også som kontakt. Den fungerer nærmest som en slags elektronisk relæ, og man kan få typer, der kan holde til meget store strømstyrker (mange ampere). Derfor bruges den bl.a. som kontakt/relæ i el-trucks, hvor store opladelige batterier skal trække motorer, både til drift og til hydraulikkens pumper.

De store strømstyrker kan snart ødelægge et almindeligt relæ på grund af gnister ved relæets kontakter. Tyristoren skal blot monteres på en sort aluminiumsplade med ribber for at blive afkølet, så er den særdeles driftsikker.

Tyristor som kontakt

Man åbner for strømmen gennem tyristoren ved at sende en kortvarig + impuls ind på gaten G, fx ved et øjeblik at forbinde G med + gennem modstanden R. Nu bliver tyristoren ved med at være åben indtil man helt slukker for hovedstrømmen ved at åbne for afbryderen S, eller til man på anden måde får strømmen gennem SCR til at standse - der findes flere rent elektroniske metoder.
   
Integrerede kredsløb (ICere)

I alverdens legetøj og apparatur fra talende dukker til computere er der ICere. Det er mikroskopisk små kredsløb, hvor én IC kan indeholde tusinder af transistorer, modstande og andre dele.

De fylder meget lidt i forhold til det, de kan, og de bruger næsten heller ingen strøm for at virke.

Uden ICere ingen brugbare computere!

En typisk IC set fra oven. Selve "hjernen" i den fylder omkring 2 x 2 mm, resten er "dåse" og ben.

Der findes usandsynligt mange slags ICere. Vi kan nævne et par store hovedgrupper her:
bulletLogiske porte (gates)
bulletForstærkere
bulletOptokoblere
bulletTællere
bulletAnalog/digital omsættere

Når man skal eksperimentere med dem, bør man lave en lille plade med en IC-sokkel på og 16 loddestifter forbundet til soklens ben. Så er det nemt at skifte ICen ud med en anden og afprøve små opstillinger.

Vi slutter af med et billede af en række halvledere: