Elektrotechnická teorie

Pár základních vzorečků, značení, terminologie a podobně. Určeno začátečníkům, ostřílení borci tady nic nového nenajdou.

Značení elektrických součástek


(v různých zemích se může značení lišit)

Barevné značení odporů

BarvaČísliceTolerance
stříbrná-210%
zlatá -15%
černá 0 -
hnědá 1 1%
červená 2 2%
oranžová3 -
žlutá 4 -
zelená 5 0,5%
modrá 6 0,25%
fialová 7 0,1%
šedá 8 -
bílá 9 -

Možné kombinace jsou:

  1. Tři proužky (A-B-C): hodnota odporu je AB*10C, tedy např. 5-6-2 znamená 5600 Ω (čísla zjistíte ve druhém sloupci tabulky). Tolerance je 20%.
  2. Čtyři proužky (A-B-C-D): hodnota odporu je stejně jako v prvním případě AB*10C, čtvrtý proužek udává toleranci podle třetího sloupce tabulky.
  3. Pět proužků (A-B-C-D-E): odpor je ABC*10D, tolerance je daná pátým proužkem.

Pořadí proužků se pozná tak, že první obvykle bývá blíž ke kraji rezistoru než poslední. Kdyby byly oba stejně daleko, je poslední ten zlatý nebo stříbrný - tyhle barvy se mohou vyskytovat jedině jako exponenty nebo tolerance. Kdyby tam zlatý ani stříbrný proužek nebyl, nezbývá než odpor orientačně změřit.

Značení a jednotky elektrických veličin

Protože psát čárky a řecká písmenka je otrava, existuje pro odpory a kapacity speciální zkrácený zápis, kdy se značka jednotky napíše místo desetinné čárky. Např. 1R5 je 1,5 Ω, 15R je 15 Ω, 1k5 je 1,5 kiloohmu, 3M jsou 3 megaohmy a podobně. U kapacit je to podobné, ale protože farad je hrozně velká hodnota, je značení posunuté o čtyři předpony dolů, takže základní jednotky jsou pikofarady: 10C je 10 pF, 10k je 10 nanofaradů (nF), 3M5 je 3,5 µF a podobně. Občas se tenhle systém používá i pro napětí, např. 8V2 je 8,2 V.

Základní rovnice

Jak co funguje

Rezistor je čistě ohmický odpor, protékající proud roste lineárně s napětím. Odpor teoreticky nezávisí na teplotě, ale i tak je potřeba rezistory dimenzovat tak, aby se moc nezahřívaly.

Žárovka je v podstatě ohmický odpor, který s rostoucí teplotou vlákna roste. Má tedy určitou schopnost samoregulace: když zvýšíme napájecí napětí, zvětší se i proud, ale ne o moc. S menším napětím svítí slaběji, s větším silněji, příliš velký proud přepálí vlákno.

Dioda propouští proud jenom jedním směrem. Ohmický odpor má v propustném směru zanedbatelný, jenom na ní ubude trošku napětí (u křemíkových diod 0,6 V, u germaniových 0,3). V závěrném směru má odpor prakticky nekonečný, jenom je potřeba dávat pozor na napětí - jestli překročí dovolené maximum, diodu zničí.

LED dioda se chová podobně: v propustném směru nemá prakticky žádný ohmický odpor, jenom si ukousne kus napájecího napětí (řádově několik voltů). Co zbyde, to přes ni prochází bez omezení, takže pokud ji nechceme spálit, musíme k ní do série zařadit vhodný rezistor. Dokud nepřekonáme prahové napětí diody, nesvítí vůbec. V závěrném směru snese míň než klasická dioda, pro napájení střídavým proudem se tedy nehodí.

Zenerova dioda se v propustném směru chová podobně jako normální dioda, ale v závěrném směru od určitého přesně daného napětí začne propouštět proud. Toto napětí téměř nekolísá s velikostí procházejícího proudu, proto se ZD používají jako stabilizátory napětí. Jediným omezením je vyvíjené teplo, které je nutné odvádět.

Cívka se pro konstantní stejnosměrný proud chová jako vodič, ale proud v ní získává jakoby "setrvačnost" a chce téci dál, i když odpojíme napájení. Tím může vzniknout velké napětí schopné poškodit citlivější součástky. Proto je potřeba k cívkám antiparalelně připojovat blokovací diody, aby se nepotřebný proud měl kde vybít.

Kondenzátor se chová jako expanzní nádrž: stejnosměrný proud nepropustí, jenom si v sobě nahromadí určitý náboj, který pak může vypustit zpátky do obvodu.

Relé je spínač ovládaný elektromagnetem. Když do řídicí cívky pustíme proud, spínač se přepne do druhé polohy (uspořádání kontaktů závisí na konkrétním typu). Vtip je v tom, že poměrně malým řídicím napětím můžeme ovládat velké proudy a napětí ve výkonových obvodech.

Tranzistor funguje trochu jako relé: pokud na prostřední vývod (bázi) přivedeme relativně malé napětí, tranzistor se otevře a mezi zbylými dvěma vývody (kolektorem a emitorem) začne propouštět proud mnohonásobně větší, než jaký teče bází. Navíc se tranzistor může chovat jako "škrticí klapka": regulací bázového proudu se dá regulovat proud kolektorový. Protože konstanta úměrnosti bývá v řádu desítek až stovek, funguje tranzistor jako jednoduchý analogový zesilovač.

Tranzistory podrobně

Dokud mají součástky jenom dva vývody, je to jednoduché. Správný hardcore začíná až u tří nožiček :-). Uvádím dva typické příklady zapojení bipolárních tranzistorů ve funkci spínačů, v praxi to samozřejmě může vypadat jinak.

Tranzistor má tři vývody: kolektor (C), emitor (E) a bázi (B). Než se pustíte do zapojování, najděte si v datasheetu, který je který. Tranzistor se začíná otvírat v okamžiku, kdy bází začne protékat proud. Aby k tomu došlo, musíme nejdřív překonat prahové napětí PN přechodu, obdobně jako u diody. Při dalším zvyšování napětí postupně roste bázový a s ním i kolektorový proud.

Pozn.: kromě bipolárních tranzistorů existují i unipolární neboli polem řízené (FET) tranzistory. Ty fungují na úplně jiném principu: báze je izolovaná a řídí se pouze napětím, žádný proud skrz ni neteče. Něco o nich napíšu, až si je prakticky vyzkouším.

NPN

R1 je spotřebič, který chceme přes tranzistor napájet. Aby se tranzistor otevřel, je potřeba přivést na jeho bázi kladné napětí - to tady pro jednoduchost dělá spínač S (v praxi to pochopitelně nebude skutečný mechanický kontakt). Rezistor R2 omezuje proud tekoucí do báze, konkrétní hodnota závisí na řídicím napětí a maximálním dovoleném bázovém proudu. Rezistor R3 slouží ke stažení bázového napětí zpátky na nulu po vypnutí řídicího signálu S, aby báze neplavala jen tak ve vzduchu. Čím je odpor menší, tím rychleji se bude tranzistor zavírat, ale tím větší řídicí proud budeme potřebovat na to, abychom ho udrželi otevřený.

PNP

PNP je přesně naopak. Když vezmete schéma pro NPN, prohodíte typ tranzistoru a přepólujete vstupní napětí, dostanete přepólovaný výstup, ale spínání bude fungovat stejně. Na obrázku nalevo je obvod uspořádán s plusem nahoře, jak je ve schématech obvyklé. PNP se otevírá, když na bázi přivedeme záporné napětí; otvírací spínač S tedy připojuje bázi na mínus a zavírací rezistor R3 zvedá napětí zpátky na plus. Funkce bázového rezistoru a zapojení zátěže se nemění.

Záludnosti střídavého proudu

Jeho základní vlastností je, že neustále střídá polaritu, v naší rozvodné síti frekvencí 50 Hz (v Americe 60). Napětí má sinusový průběh. Efektivní hodnota napětí (např. těch udávaných 230 V, co máme v zásuvkách) se určí tak, že se vezme maximální amplituda (tj. absolutní hodnota největší výchylky od nulové hodnoty) a vydělí se odmocninou ze dvou (1,414 a nějaké drobné). To mimo jiné znamená, že pokud vezmete střídavý proud, usměrníte ho a nalijete naprázdno do kondenzátoru, dostanete stejnosměrné napětí 1,414krát větší než je ta efektivní hodnota - např. z 220 V~ vznikne 325 V=.

Další zajímavou vlastností střídavé elektřiny je, že napětí a proud se nepohybují úplně přesně současně: při indukční zátěži se proud za napětím opožďuje (do cívky musíme chvíli tlačit napětí, než se v ní vytvoří magnetické pole a rozběhne se i proud), při kapacitní zátěži se naopak opožďuje napětí za proudem (do kondenzátoru musíme chvíli lít proud, než se v něm nastřádá nějaké napětí). Tenhle rozdíl se vyjadřuje úhlem φ a činný výkon, který ze střídavého proudu můžeme dostat, se počítá jako U*I*cosφ. Ten kosinus se snažíme mít co nejblíže jedné, aby byla co největší účinnost, proto se do obvodů s cívkami často zařazují kompenzační kondenzátory. A kde se v tom vlastně bere ten úhel? To proto, že perioda sinusovky odpovídá úhlu 360°. Po transformaci do komplexní roviny se nám z periodicky kmitajících průběhů stanou nehybné vektory, tzv. fázory (nezaměňujte s phasery), se kterými se dobře počítá.

Pro slaboproudou elektroniku ale tyhle věci obvykle nepotřebujeme, takže vás další nezáživnou teorií nebudu zatěžovat :-).

Zkratky a termíny

V návodech o stránku výš se vyskytuje spousta cizích slovíček, záhadných zkratek a odborných termínů, které nemusí být na první pohled srozumitelné. Tady jsou pro jistotu vysvětlivky, snad jsem nic nevynechal. Řazeno abecedně.

Reklamy:
Ronnie.cz - kulturistika, fitness, bojové sporty