Introduktion till elektronik, del 3

I detta inlägg går Jack-Benny Persson från Cyberinfo Sverige igenom hur man läser kretsscheman och vad de olika passiva komponenterna gör. Inlägget är det tredje i en serie där vi kommer att gå igenom ellära och vanliga komponenter.

I förra delen gick vi igenom hur man använder en multimeter för att mäta spänning, ström och resistans. Nu när vi har full koll på både vad spänning, ström och resistans är för något samt hur man mäter dessa storheter är det dags att gå vidare till komponenter och kopplingsscheman.

I denna del kommer vi att lära oss hur man läser kopplingsscheman och hur några vanlig komponenter ser ut, både i verkligheten och på kopplingsscheman. Vi går också igenom vad dess olika egenskaper är.

Tyda kopplingsscheman

I förra delen fick vi se tre enkla kopplingsscheman. Här kommer vi att gå igenom hur man tyder just kopplingsscheman, både lite enklare och mer avancerade. Vi börjar med att använda exemplet med voltmetern från förra delen som exempel.

Ett enkelt kopplingsschema
Ett enkelt kopplingsschema
Alternativt sätt att rita ut spänningskällan
Alternativt sätt att rita ut spänningskällan

+9V och GND på kopplingsschemat symboliserar vår spänningsmatning. Man kan rita spänningskällan på ett kopplingsschema på lite olika sätt, detta är ett utav dem. I bilden till höger ser vi ett annat sätt man brukar rita spänningskällan på.

De gröna ifyllda cirklarna vid spänningskällan på bilden ovanför markerar kopplingspunkter, här kopplar vi ju in både voltmetern samt kretsen. Ibland ritar man ut alla kopplingspunkter, ibland inte. Det är alltid en god idé att rita ut dem där många kopplingar strålar samman, eller där det annars kan vara svårt att tyda som vad som avses. Man bör alltid sträva efter att göra sin kopplingsscheman så tydliga som möjligt, men ändå följa standarderna.

Den röda rektangeln med ”220” inuti i sig är en resistor på 220 ohm. Att det står R1 undertill är bara ett namn för just den komponenten. Man märker ofta upp alla komponenter på ett kopplingsschema på detta sätt. Nästa resistor i schemat kommer att få beteckningen R2 och så vidare. Detta gör man för att man ska kunna skriva specifikationer och då kunna hänvisa till den specifika komponenten. Likaså är det bra att märka upp dem så att alla som utvecklar på kretsen på ett enkelt sätt kan nämna dem vid namn. Även voltmetern i kretsen har fått ett eget namn här, V1. Benämningen skrivs för det mesta utanför symbolen.

Parallella & seriella kopplingar

När något är parallellkopplat så kopplas komponenterna ”sidan om varandra”. När något är seriekopplat så har man kopplat komponenterna ”på en lång rad efter varandra”. Dessa olika kopplingstyper gör att kretsen får olika egenskaper.

De tre resistorerna i kopplingsschemana nedan visar parallell- och seriekopplingar. Det totala motståndet i dessa två kretsar blir helt olika varandra. När det gäller just kopplingsscheman ser man tydligt vad som avses med seriella och parallella kopplingar. I den seriella måste strömman passera genom alla resistorerna i serie, och när det är parallellkopplade kan strömmen passera alla resistorerna parallellt.

Seriekopplade resistorer

Seriekopplade resistorer
Seriekopplade resistorer

I bilden ovan har vi en spänningsmatning på 12v och tre seriekopplade resistorer. Att det är seriekopplade betyder just att alla resistorer är inkopplade i en lång serie. Att räkna fram den totala resistansen i denna kretsen är enkelt, vi adderar helt enkelt bara de tre resistorerna med varandra. Formeln blir alltså R = 220 + 150 + 470. Vi får den totala resistansen på 840 ohm. Med Ohms lag kan vi då få fram att strömmen i kretsen är på 14 mA (12/840 = 0.014).

Parallellkopplade resistorer

Parallellkopplade resistorer
Parallellkopplade resistorer

Värdena för R1, R2 och R3 är detsamma i kopplingsschemat ovan som de var för de seriekopplade resistorerna. Men här kommer den totala resistansen att bli ett helt annat värde. I det seriekopplade exemplet var strömmen tvungen att passera genom att alla tre resistorerna på rad, vilket ledde till att vi helt enkelt kunde addera alla motstånden. Men här kommer strömmen istället att passera tre olika vägar samtidigt, vilket får som konsekvens att resistansen istället blir mindre. Formeln för parallellkopplade resistorer är något krångligare än vid seriekopplade resistorer. Man räknar fram resistansen med parallellkopplade resistorer på följande sätt:

Rt är det totala motståndet. R1, R2 R3 och Rn är motstånden i kretsen (Rn är det sista parallellkopplade motståndet i kretsen).

I vårt fall blir uträkningen: 1/(1/220+1/150+1/470) = 74,96 vilket vi avrundar till 75 ohm. Strömmen i denna kretsen blir alltså istället 160 mA (12/75 = 0,16).

Vanliga komponenter & symboler

Vi har redan sett hur en resistor ser ut och vad dess funktion är. Men vi kommer ändå att fortsätta lite med resistorerna innan vi går vidare eftersom det är en så pass vanlig och viktig komponent.

Vi kommer också att gå igenom några andra vanliga komponenter och vad dess egenskaper är samt hur de ser ut.

Resistorn

Alla resistorer har en färgmarkering som talar om hur stor resistansen är i ohm. Exempelvis om en resistor har färgbanden röd-röd-brun-guld som i del 1 i denna serie så betyder det att resistorn är på 220 ohm. Detta får man fram genom att lägga samman siffrorna från tabellen nedan. Två röda band i början är två styck tvåor, alltså 22. Det tredje bandet är brunt vilket betyder att 22 ska multipliceras med multipeln 10 (10 upphöjt till 1), vilket blir 22 × 10 = 220 ohm. Guldbandet betyder att resistorn har en felmarginal på 5%.

Resistorernas färgkoder vid 4-bandsmärkning
Resistorernas färgkoder vid 4-bandsmärkning
Resistorer av olika värden, levererade på tejp uppmärkta med resistorvärdet
Resistorer av olika värden, levererade på tejp uppmärkta med resistorvärdet

Symbolen för resistorn har vi redan sett i föregående delar i denna serie. Men det finns dock en annan symbol som används i bland annat USA, och det är ett sicksack-mönster som symbol.

Europeisk resistorsymbol till vänster och amerikansk till höger
Europeisk resistorsymbol till vänster och amerikansk till höger

Kondensatorn

Kondensatorn i genomskärning, en relativt enkel konstruktion
Kondensatorn i genomskärning, en relativt enkel konstruktion

Kondensatorn är en komponent med många användningsområden. Den används till allt ifrån att jämna ut spikar i strömförsörjningen och ta bort störningar från ljudanläggningar till att  ställa in frekvensen i radioapparater.

Kondensatorn i sig är dock en väldigt enkel komponent. Den består av två metallplattor åtskilda med ett material som kallas dielektrikum. Detta ämne gör att metallplattorna aldrig har direkt elektrisk kontakt med varandra. En kondensator kan laddas upp med en spänning, likt ett batteri. Dock laddas den ur på väldigt kort tid, på några tiondels sekunder i normala fall.

Symbolerna för kondensatorer
Symbolerna för kondensatorer

Här ovan visas symbolerna för kondensatorer på kopplingsscheman. Den polariserade kondensatorn måste vändas rätt (+/-). Trimkondensatorn är en kondensator med variabel kapacitans. Dessa används till exempel för att ställa in frekvensen på radioapparater.

Olika typer av kondensatorer. Från vänster: Elektrolytkondensatorer, keramiska kondensatorer, trimkondensatorer
Olika typer av kondensatorer. Från vänster: Elektrolytkondensatorer, keramiska kondensatorer, trimkondensatorer

Kondensatorns kapacitans mäts i enheten farad. En farad är väldigt mycket. Normala värden för kondensatorer i elektroniksammanhang är mellan ca 10 nF (nanofarad) till runt 1000 µF (mikrofarad).

Dioden

Dioden är en enkel komponent som används för att släppa igenom ström på ena hållet, men inte på andra hållet. Man kan se dioden som en form utav en envägsventil. Man använder ofta just dioden på detta sätt, till exempel för att säkra en krets så att man inte vänder plus- och minuspolen fel vid inkoppling av ett batteri. Man använder också dioden för att räta ut växelström till likström (växelström är ”vågformig”).

Olika typer av dioder. Det smala bandet markerar katoden (minussidan)
Olika typer av dioder. Det smala bandet markerar katoden (minussidan)
Symbolen för en diod. Höga sidan är anoden (+) och vänstra sidan är katoden (-)
Symbolen för en diod. Högra sidan är anoden (+) och vänstra sidan är katoden (-)

Här nedan visas en enkel krets med en diod som gör att strömmen bara kan flöda åt ena hållet. Vänder man på spänningsmatningen blockeras strömmen.

En enkel krets med en diod
En enkel krets med en diod

Transistorn

Transistorn är en mångsidig komponent som används till en rad olika saker. Några välkända användningsområden är signalförstärkare, strömbrytare (som ett elektroniskt relä), spänningsreglering och för signalmodulering.

Det finns en rad olika typer av transistorer och här kommer vi att gå igenom de två vanligaste, NPN- och PNP-transistorn.

NPN-transistorn

En transistor har tre ben, kallade Collector, Emitter och Bas. När man använder en transistor som en strömbrytare fungerar den som så att man matar den med spänning på collectorn. Detta kan man kalla för inspänningen. Utspänningen får vi på emittern. Men så länge vi inte tillför någon spänning på basen kan ingen ström flöda från collectorn till emittern. Det är detta som är det fina med transistorn. Med en väldigt liten spänning kan vi börja öppna förbindelsen mellan collectorn och emittern. Ju mer spänning vi släpper på till basen, ju mer ström kan flöda från collectorn till emittern. Vi kan alltså exempelvis ha en inspänning på collectorn på 20 volt, men vi kan styra hur mycket den ska öppna med så små spänningar som ett par volt. Man kan jämföra det med en grind eller en ventil i ett vattenrör. Vi behöver bara lite vatten för att styra själva ventilen. Men vattenmängden som passerar grinden kan vara flera gånger så stor som den vattenmängd som behövs för att kontrollera grinden.

När inget vatten släpps på basen är ventilen helt stängd. Ju mer vatten vi släpper på, ju mer öppnar ventilen.
När inget vatten släpps på basen är ventilen helt stängd. Ju mer vatten vi släpper på, ju mer öppnar ventilen.

PNP-transistorn

PNP-transistorn fungerar tvärtom mot NPN-transistorn. Det vill säga att ju mer negativ (-) spänning basen har, ju mer öppnar ”ventilen”. Istället för att mata basen med spänning som i NPN-transistorn, ”drar” man ifrån spänning från basen i PNP-transistorn.

Transistorer och symboler

Här nedan visas några exempel på transistorer. Under bilden visas symbolerna för transistorer på kopplingsscheman.

Några olika typer av transistorer
Några olika typer av transistorer
Till vänster symbolen för NPN-transistorn. Till höger symbolen för PNP-transistorn
Till vänster symbolen för NPN-transistorn. Till höger symbolen för PNP-transistorn

Integrerade kretsar (IC)

En integrerad krets är ett litet chipp som innehåller en specifik krets eller funktion. Istället för att exempelvis bygga en egen krets för spänningsstabilisering eller kanske en liten förstärkare, kan man istället koppla in en färdig krets för detta, en integrerad krets (IC för integrated circuit). Förutom att man enkelt får en färdig krets, har även den integrerade kretsen en annan fördel; storleken. Istället för all den plats det krävs för kanske tio olika komponenter, krävs det bara en enda komponent på kretskortet med en IC.

Diverse integrerade kretsar
Diverse integrerade kretsar

Sammanfattning

Nu har vi gått igenom de allra vanligaste komponenterna och vi har också sett hur dessa komponenter ser ut på kopplingsscheman. Nu är det dags att gå vidare till lite mer praktiska moment, så som att koppla upp experiment på breadboards och lära oss att löda. Detta kommer vi att gå igenom i nästa del i serien om elektronik.

Kommentera