W ostatnim wpisie tej serii skupiliśmy się na podstawach teoretycznych. Dzisiaj przyszedł czas na pierwsze ćwiczenia praktyczne w których sprawdzimy, czy poznana teoria idzie w parze z praktyką? Poznamy podstawowe przyrządy pomiarowe oraz części z których będziemy tworzyć układy elektroniczne.

Strona 3 z 4

Od teorii do praktyki

Nadszedł wyczekiwany moment w którym to zbudujemy pierwsze układy elektroniczne za pomocą których dokonamy pomiarów, w których zweryfikujemy dotychczas poznaną teorię.

Układ z wykorzystaniem podstawowych elementów elektronicznych

Na początek spróbujemy stworzyć prosty układ ze świecącą diodą LED.

Potrzebne materiały:

  • rezystor 100Ω
  • czerwona dioda LED
  • płytka stykowa
  • kabelki połączeniowe
  • 2x bateria AA
  • "koszyk na baterie" lub kawałek taśmy (najlepiej izolacyjnej), którą przykleimy przewody do biegunów baterii

Łączymy układ zgodnie z poniższym schematem zwracając szczególną uwagę na biegunowość diody LED (dłuższa nóżka to + ).

Jeżeli wszystko podłączyliśmy prawidłowo dioda powinna zaświecić.

Prawo Ohma w praktyce

W powyższym przykładzie posłużyliśmy się rezystorem 100Ω. Skąd taki wybór? Otóż możemy dokonać stosownych wyliczeń korzystając z poznanego ostatnio Prawa Ohma:

Zanim jednak przejdziemy do szczegółowych obliczeń skupmy się na prostym układzie. Połączmy szeregowo dwie baterie AA o napięciu nominalnym 1.5V/szt., rezystor 100Ω oraz amperomierz (ustawiony na zakres pomiarowy >20mA).

Jak widzimy mój przyrząd pomiarowy wskazał 30,9mA. Czy obliczając wartość prądu ze wzoru I = U/R otrzymamy taki sam wynik? Sprawdźmy to:

I = 3V/100Ω

I = 0,03A (30mA)

Skąd taka rozbieżność? Otóż musimy się przyzwyczaić, że w elektronice wyliczenia teoretyczne nie zawsze będą w 100% zgodne z praktyką. W tym przykładzie musimy wziąć pod uwagę następujące założenia:

  • wartość napięcia dla nowych baterii AA może wynosić ponad nominalne 1,5V,
  • rezystor posiada określoną tolerancję (+/-) od deklarowanej wartości,
  • tańsze mierniki bardzo często nie są precyzyjne, co skutkuje koniecznością uwzględnienia ich tzw. błędu pomiarowego,
  • same przewody również posiadają swoją rezystancję, która w niektórych okolicznościach może być znacząca dla przeprowadzanego pomiaru.

Niemniej jednak zmierzone 30,9mA z wyliczonymi 30mA możemy potraktować jako potwierdzenie poznanego prawa Ohma w praktyce (odchyłka pomiędzy tymi wynikami jest w granicy tolerancji).

Kontynuując temat doboru stosownego rezystora do diody przyda się nam założenie, która wynika z II prawa Kirchhoffa, a mianowicie fakt, że w zamkniętym obwodzie elektrycznym napięcie zasilania zrówna się ze spadkami napięć („napięciem jaki pobierają poszczególne elementy”). Posłużyłem się tutaj pewnym uproszczeniem, ale co do zasady, skoro dwie baterie połączone szeregowo mają 3V to spadek napięcia na diodzie oraz rezystorze powinny również wynieść 3V.

Przejdźmy zatem do obliczeń:

  • Ur - spadek napięcia na rezystorze (musimy go wyliczyć, aby określić jaką wartość rezystancji powinien mieć ten opornik),
  • Ub - napięcie zasilania (teoretycznie 3V, ale po zmierzeniu dwóch „świeżych” baterii AA połączonych szeregowo otrzymałem 3,2V),
  • Ud - spadek napięcia/napięcie przewodzenia diody (w zależności od producenta diody, będzie to ok. 2V dla koloru czerwonego - dokładną wartość możemy sprawdzić w specyfikacji technicznej)

Ur = Ub - Ud

Ur = 3,2V - 2V

Ur = 1,2V

Korzystając z prawa Ohma (R=U/I) możemy obliczyć:

  • R - wartość rezystora jaki poszukujemy,
  • Ur - spadek napięcia na rezystorze, który już obliczyliśmy,
  • Id - prąd potrzebny „do zasilenia” diody (tę wartość musimy odczytać z parametrów producenta, ale możemy przyjąć, że jest to ok 20mA)

R = Ur/Id

R = 1,2Ω/20mA

R = 1,2Ω/0,02A

R = 60Ω

Teoretycznie wystarczyłoby zatem użyć rezystora o wartości 60Ω, ale jak już wspominałem, lepiej zawsze zostawić sobie pewien „zapas” na ewentualne błędy pomiarowe i tolerancję. Wybrałem zatem opornik 100Ω (pierwszy w szeregu wartości jakie ostatnio zalecałem zakupić). Z mojego doświadczenia wynika również, że dioda diodzie nierówna i szczególnie w wypadku kiedy nie jesteśmy pewni parametrów konkretnego egzemplarza, lepiej zawsze stosować rezystory o większej wartości, a dopiero później wymieniać je na mniejsze.