Резистори
Резистори є найбільш розповсюдженими компонентами. Основною властивістю резистора є перетворення електричної енергії в теплову, хоча в більшості пристроїв ця властивість не тільки не використовується, а іноді є шкідливою. Функціональним призначенням резисторів є регулювання і розподілення електричної енергії між колами й елементами електронного пристрою за рахунок падіння напруги на них. Резистори бувають постійними та змінними. Умовне позначення
резисторів наведено на малюнку нижче:
Постійні резистори мають постійний опір, а опір змінного резистора можна змінювати. Так, справа представлено схематичне зображення змінного резистора - потенціометра. Потенціометри мають три виводи, між двома крайніми опір постійний, а третій вивід "плаваючий" - опір між ним і іншими виводами плавно змінюється положенням регулятора.
Маркування резисторів
Основним параметром резистора є його електричний опір R, який можна дізнатись замірявши омметром, або за маркуванням, нанесеним на корпус резистора.
Резистори з кольоровими кільцями (найпоширеніші)
На корпусі нанесено 4, 5 або 6 кольорових смужок.
Вони вказують номінал опору, множник і допуск.
Наприклад, щоб розшифрувати резистор з таблиці вище зчитуємо кольори: червоний (2), помаранчевий (3), чорний (0) - 230. Далі множник чорний (1), отже 230 * 1 = 230 Ом. Погрішність кільце золоте, отже 5%.
Маркування цифрами (SMD-резистори)
На поверхневих резисторах часто наносять цифровий код.
-
3 цифри: перші дві – значення, третя – множник.
Наприклад,472→ 47 × 10² = 4,7 кОм. -
4 цифри: перші три – значення, четверта – множник.
Наприклад,1001→ 100 × 10¹ = 1 кОм. -
Якщо є літера R – вона означає десяткову крапку.
Наприклад,4R7→ 4,7 Ом;R10→ 0,1 Ом.
Текстове маркування (рідше)
Деякі резистори, особливо великої потужності, мають цифрове або буквене маркування прямо на корпусі:
-
Наприклад,
51K→ 51 кОм. -
Літери K, M позначають множники (кіло, мега).
-
Наприклад,
2M2→ 2,2 МОм.
Конденсатори
Конденсатор — це маленький електронний компонент, який може накопичувати й віддавати електричний заряд. Його часто порівнюють з маленькою батарейкою, але з важливою відмінністю: конденсатор накопичує енергію швидко і так само швидко віддає її, тоді як батарея робить це повільно і довго.
Усередині конденсатора є дві металеві пластини, між якими знаходиться ізолятор (його називають діелектрик). Коли ми подаємо напругу, на одній пластині накопичується “+”, а на іншій “–”. Це і є запасений заряд.
Конденсатори використовуються практично в усій електроніці. Ось кілька простих прикладів:
-
Фільтрація живлення – вони згладжують перепади напруги, щоб пристрої працювали стабільно.
(Наприклад, у зарядках для телефонів конденсатори вирівнюють напругу після перетворювачів.) -
Короткочасне зберігання енергії – можуть віддати накопичений заряд у потрібний момент.
(Наприклад, у фотоспалахах саме конденсатор забезпечує миттєвий яскравий спалах.) -
Відсікання сигналів – у схемах обробки звуку конденсатори пропускають змінний струм і блокують постійний.
-
Таймери та затримки – у поєднанні з резисторами вони дозволяють створювати прості часові затримки.
Існує багато різних видів, але для початку достатньо знати про два основних:
-
Керамічні – маленькі, круглі або прямокутні, дешеві. Добрі для фільтрації й роботи з високочастотними сигналами.
-
Електролітичні – більші за розміром, схожі на циліндрики. Мають велику ємність і часто використовуються в блоках живлення. Важливо: вони мають полярність (плюс і мінус).
Основна характеристика — ємність, яка вимірюється у фарадах (Ф).
Одиниця дуже велика, тому зазвичай зустрічаються менші:
-
мікрофаради (мкФ, 1 мкФ = 0.000001 Ф),
-
нанофаради (нФ, 1 нФ = 0.000000001 Ф),
-
пікофаради (пФ, 1 пФ = 0.000000000001 Ф).
Наприклад:
-
керамічний конденсатор може мати 100 нФ,
-
електролітичний — 100 мкФ чи навіть більше.
При роботі з конденсаторами слід звертати увагу на:
-
Полярність – у електролітичних конденсаторів обов’язково дотримуйся знаку «+» і «–». Якщо переплутати, конденсатор може зіпсуватися або навіть вибухнути.
-
Напруга – завжди бери конденсатор із запасом. Якщо в схемі 12 В, конденсатор повинен бути розрахований хоча б на 16 В або більше.
-
Розмір і тип – обирай залежно від задачі. Для експериментів краще мати набір різних значень.
Котушки індуктивності
Котушка індуктивності — це електронний компонент, зроблений із дроту, намотаного спіраллю. Її головна властивість — створювати магнітне поле, коли через неї тече струм, і чинити опір різким змінам цього струму. Тобто котушка "згладжує" коливання та зберігає енергію у вигляді магнітного поля.
У практиці котушки часто використовують у фільтрах, щоб відсікати високочастотні шуми, у джерелах живлення — для стабілізації напруги, а також у радіоелектроніці — для налаштування частоти. Якщо спростити, можна сказати так: конденсатор накопичує енергію в електричному полі, а котушка — у магнітному.
Діоди
Діод — це один із найпростіших і водночас найважливіших елементів електроніки. Найпростіше його можна уявити як клапан для електрики: він пропускає струм лише в одному напрямку і блокує його в іншому. У діода є два виводи: анод і катод. Струм може йти тільки від анода до катода, якщо полярність підключення правильна. На корпусі діода завжди є смужка, яка позначає катод.
Коли до діода прикладають напругу правильної полярності (плюс до анода, мінус до катода), це називається прямим вмиканням. У такому випадку діод починає проводити струм, але не одразу. Спочатку необхідно перевищити певне значення, яке називається прямою напругою. Для звичайних кремнієвих діодів вона становить приблизно 0,7 вольта, для германієвих — близько 0,3 вольта, а для світлодіодів — від 1,5 до 3 вольт залежно від кольору. Коли ця межа перевищена, діод «відкривається» і починає проводити струм. При цьому чим більша напруга, тим більший струм проходить через діод, і це співвідношення добре видно на його вольтамперній характеристиці.
Якщо ж напругу прикласти навпаки (плюс до катода, мінус до анода), діод опиняється під оберненою напругою. У цьому режимі він струм практично не пропускає, крім дуже слабкого, який називається зворотним струмом. У нормальних умовах він настільки малий, що ним можна знехтувати. Проте у кожного діода існує межа — максимальна обернена напруга. Якщо її перевищити, відбудеться пробій: діод перестане блокувати струм і може згоріти.
Таким чином, вольтамперна характеристика діода виглядає асиметрично: у прямому напрямку спочатку довго майже нічого не відбувається, а потім після певного порогу струм різко зростає. У зворотному напрямку струм практично відсутній, поки не буде досягнуто критичне значення, за яким настає пробій. Саме ця особливість робить діод таким корисним у схемах: він дозволяє перетворювати змінний струм на постійний, захищати елементи від переплутаної полярності й будувати тисячі практичних рішень.
Стабілітрони
Стабілітрон (діод Зенера) — це особливий різновид діода, який працює “навпаки”. Якщо звичайний діод пропускає струм тільки у прямому напрямку, то стабілітрон спеціально створений так, щоб у зворотному напрямку витримувати пробій і при цьому не ламатися. У режимі цього зворотного пробою він тримає майже сталу напругу, незалежно від того, який струм через нього проходить (звісно, в межах допустимого).
Простіше кажучи, стабілітрон — це “напруговий стабілізатор у мініатюрі”. Його часто ставлять у схемах живлення, щоб захистити чутливі компоненти: якщо напруга стає більшою за задане значення, стабілітрон починає проводити і не дає їй піднятися ще вище.
Транзистори
Транзистор — це один із найважливіших елементів сучасної електроніки. Якщо спростити, то це “електронний перемикач” або “підсилювач”. Він може керувати великим струмом за допомогою маленького і завдяки цьому використовується майже всюди — від підсилювачів звуку до процесорів у комп’ютерах.
Уявіть, що через транзистор тече струм, як через кран тече вода. Маленький сигнал на ручці крана може відкривати або закривати великий потік. Саме так працює транзистор: невеликий сигнал на його керуючому виводі визначає, як тече основний струм.
Транзистори бувають різних типів, але для початку варто знати два основних: біполярні (BJT) та польові (MOSFET, JFET).
-
Біполярний транзистор (BJT) має три виводи: база, колектор і емітер. Невеликий струм у базі керує значно більшим струмом між колектором та емітером. Його часто використовують для підсилення сигналів.
-
Польовий транзистор (FET, найчастіше MOSFET) також має три виводи: затвор, стік і витік. Але тут керування відбувається не струмом, а напругою на затворі. Це дозволяє відкривати чи закривати канал для струму майже без енергетичних втрат. MOSFET особливо популярні в джерелах живлення та комп’ютерній техніці.
Головна різниця між ними в тому що BJT керується струмом, а MOSFET — напругою. Тому BJT зручні для аналогових схем, а MOSFET — для швидкого перемикання та цифрової електроніки.
Сьогодні транзистори мікроскопічних розмірів мільярдами зібрані в інтегральних мікросхемах — саме завдяки цьому існують сучасні процесори та пам’ять. Але навіть окремий транзистор у простій схемі — це потужний інструмент, який дозволяє керувати, підсилювати й автоматизувати електричні процеси.
Мікросхеми
Мікросхема — це маленький чорний “корпус” з ніжками, усередині якого приховані десятки, тисячі, а іноді й мільярди електронних компонентів: транзисторів, діодів, резисторів, конденсаторів. Усе це з’єднано між собою, утворюючи повноцінну схему, але в мініатюрі. Тобто замість того, щоб складати велику плату з сотень деталей, інженери беруть готову мікросхему, яка робить те саме, але займає крихітний простір.
Найпростіше уявити мікросхему як “коробочку з електронікою всередині”. Вона має певне призначення: одні мікросхеми підсилюють звук, інші зберігають дані, ще інші виконують логічні операції або керують живленням. Саме з мікросхем складаються всі сучасні пристрої — телефони, комп’ютери, телевізори, автомобілі.
Існує кілька основних видів мікросхем. Аналогові працюють із неперервними сигналами (наприклад, підсилювачі звуку). Цифрові оперують логічними “0” і “1” — це основа комп’ютерів і мікроконтролерів. Є також змішані мікросхеми, які поєднують обидва підходи (наприклад, мікросхема звукової карти, яка приймає цифровий сигнал і перетворює його на звук).
Різниця між мікросхемами полягає не тільки у призначенні, а й у складності. Є прості мікросхеми — наприклад, таймер NE555 або логічні елементи (AND, OR, NOT), які виконують одну функцію. А є складні — наприклад, мікропроцесори чи оперативна пам’ять, де мільярди транзисторів працюють разом.
Таким чином, мікросхеми — це серце сучасної електроніки. Вони дозволяють робити пристрої компактними, швидкими та надійними. І хоча ззовні всі мікросхеми схожі — чорні прямокутники з ніжками, усередині кожної ховається цілий “електронний світ”, який виконує свою унікальну задачу.
Трансформатори
Трансформатор — це електричний пристрій, який дозволяє змінювати рівень напруги: робити її більшою або меншою. Найчастіше його використовують у живленні — саме завдяки трансформаторам у розетці ми маємо 220 вольт, а в зарядці телефону — лише 5 вольт, безпечних для електроніки.
Принцип роботи трансформатора базується на магнітному полі. Усередині нього є залізний сердечник і дві обмотки з дроту — первинна та вторинна. Коли в первинній обмотці протікає змінний струм, він створює магнітне поле, яке індукує напругу у вторинній обмотці. Величина цієї напруги залежить від кількості витків дроту: якщо у вторинній обмотці витків менше — напруга зменшується (понижувальний трансформатор), якщо більше — збільшується (підвищувальний трансформатор).
У побуті найчастіше зустрічаються понижувальні трансформатори — у зарядках, адаптерах, блоках живлення. Підвищувальні використовують там, де треба передавати енергію на великі відстані — наприклад, у лініях електропередач.
Важливо пам’ятати, що трансформатори працюють тільки з змінним струмом, адже саме він створює змінне магнітне поле. Постійний струм через трансформатор не “передасться”.
Отже, трансформатор — це пристрій, який за допомогою магнітного поля передає енергію з однієї обмотки на іншу і дозволяє зручно змінювати напругу. Без трансформаторів неможливо уявити сучасну електроенергетику та електроніку.
